т. е. что чувствительность по напряжению в свободном поле пропорциональна частоте со. Чувствительность гидрофона DTMB показана на рис. 5.45.

Гидрофон градиента давления, разработанный Симсом из Лаборатории гидроакустических измерений ВМС (USRL), показан на рис. 5.46. Тонкий диск из титаната-цирконата свинца приклеен к диафрагме, изготовленной из бериллиевой меди и установленной в вольфрамовой втулке. Разность давлений на двух сторонах диафрагмы приводит к тому, что диафрагма и диск начинают изгибаться. Диафрагма и пьезокерамический диск имеют одинаковую толщину и образуют друг с другом двухслойный элемент. Отсюда следует, что диаметр пьезокерамического диска увеличивается в течение одного полупериода колебаний и укорачивается в течение второго Вольфрамовая втулка спужит

С ПОМОЩЬЮ пьезокерамического диска, помещенного между внешней оболочкой и внутренней массой. В результате этого чувствительность гидрофона DTMB по напряжению в свободном ноле скорее пропорциональна градиенту давления, чем колебательной скорости.

Внутренняя масса т подвижна. Она создает силу инерции F, воздействующую на пьезокерамический диск, который ведет себя аюдобно пружине. Сила F определяется формулой

F=m-=m(i)U, . (5.23)

где и - колебательная скорость массы.

Пьезокерамический диск играет роль жесткой пружины с незначительной массой, резонансная частота которой выше рабочего диапазона частот. Тогда колебательные скорости внутренней массы, внешней оболочки и частиц среды в плоской волне приблизительно одинаковы. Напряжение е на выходе пьезоэлектрического диска определяется формулой •

e=gtSF, (5.24)

где g - пьезоэлектрический модуль, t - толщина керамического диска, 5 - площадь диска. Из формул (5.16), (5.23) и (5.24) имеем

=- (5.25)

Таким образом, напряжение на выходе диска пропорционально градиенту давления. Используя соотношения (5.15), (5.16) и (5.25), получаем

для закрепления концов диафрагмы и является экраном, служащим для увеличения Ах.

В диапазоне частот, лежащих ниже изгибного резонанса, где импеданс двухслойного элемента управляется жесткостью, напряжение на выходе пьезокерамического диска пропорционально дав- -90 лению, вызьшающему изгиб. Это давление Ар имеет вид

-70 -80

(5.27)

Таким образом, напряжение пропорционально градиенту давления в пределах расстояния Ах. Чувствительность по напряжению в свободном поле для гидрофона USRL показана на

ИзгиОный резонанс

I I I 11111 I I мин

1,0 Ш

Частота, кГи,

Р и с. 5.45. Частотная характеристика чувствительности в свободном поле гидрофонов градиента давления DTMB й USRL.

рис. 5.45, а типичная диаграмма направленности - на рис. 5.47.

Эта диаграмма направленности является типичной для дипольных преобразователей. Она построена в логарифмическом

Силиконовая резина

Бериллиевая-меОб

Пьезокерамтеекий элемент

Вольфрам

Р и с. 5.46. Гидрофон градиента давления USRL,

масштабе. По направлениям ±60° чувствительность гидрофона на 6 дБ ниже, чем по 0°, как этого и следовало ожидать при cos 60°.

Гидрофон USRL по сравнению с гидрофоном NOL имеет меньшую чувствительность, однако его преимуществом являются меньшие размеры и отсутствие хрупких пружинных подвесок. .У гидрофонов BTL и NOL пружинные подвески используются и для катушки, и для магнита." В гидрофоне CBS осуществлена лодвеска катушки, а в гидрофоне DTMB - подвеска корпуса.

Рис. 5.47. Типичная диаграмма направленности в горизонтальной плоскости на частоте 4,0 кГц для гидрофона градиента давления USRL.

Чтобы гидрофон совершал только поступательные колебания, подвески должны быть изготовлены очень тщательно. Колебания в двух других взаимно ортогональных направлениях и любое вращательное движение приводят к возникновению ошибок. Гибкость подвески магнита или корпуса в гидрофонах BTL, DTMB, NOL исключает наклон этих гидрофонов, а также не позволяет использовать их для других целей, не связанных с измерением горизонтальных скоростей и градиентов давления. Гидрофоны CBS и USRL могут быть ориентированы в любом направлении. Гидрофон BTL можно, было бы сконструировать без гибкой подвески магнита, назначение которой - изолировать магнит от механических колебаний креплений.