Альтернативный метод, в котором гидрофон неподвижен, а смещается уровень воды, имеет две разновидности. Может двигаться вся камера или по крайней мере весь столб воды, как было сделано в инерционном методе, описанном в разд. 2.5.2, или же только малая часть системы может быть подвижной, как в установке Голенкова [36], показанной на рис. 2.31. Динамическое давление, обусловленное изменением глубины и органически присущее инерционным методам, велико по сравнению с инерционными давлениями, если частоты достаточно

Вибростенд

Рис. 2.31. Принцип действия установки Голенкова.

НИЗКИ. Из уравнений (2.50) и (2.53) можно показать, что эти давления становятся равными при (u=g/rf. Для глубины 10 см эта частота равна 1,6 Гц.

В установке Голенкова колеблется только маленький верхний сосуд. Он смещается по вертикали с помощью вибростенда, подобного стенду, использованному в описанной выше системе. Переменный уровень воды воздействует на неподвижный гидрофон, установленный в нижней камере. Соединительная трубка, разумеется, должна быть гибкой. В этом способе устранены турбулентность и в некоторой степени инерционное давление. Он позволяет получить большие амплитуды колебаний. Однако две камеры и соединительная трубка имеют резонансы, подобные тем, что имеются в резонаторе Гельмгольца, и верхний

частотный предел этого метода меньше, чем для системы с колеблющимся гидрофоном. Голенков сообщает о верхнем пределе порядка 1 Гц [36].

2.7. МЕТОД ИМПУЛЬСА (СКАЧКА ДАВЛЕНИЯ)

Метод импульса используется для быстрой калибровки небольших пьезоэлектрических гидрофонов в частотном диапазоне до первого резонанса. Метод заключается в том, что на гидрофон воздействуют импульсом в виде скачка статического давления Др и измеряют начальное напряжение ео или электрический заряд Q, возникающий в пьезоэлектрическом кристалле или керамическом элементе. Тогда чувствительность в режиме приема М находится по формуле

♦

где С - электрическая емкость гидрофона.

После скачка давления заряд быстро стекает через сопротивление утечки R между электродами кристалла, и напряжение уменьшается относительно своей первоначальной величины. Следовательно, напряжение ео нужно измерять быстро. Можно измерять заряд Q при разряде через баллистический гальванометр. Эти измерения должны проводиться за малый промежуток времени по сравнению с постоянной RC системы. При измерении напряжения следует иметь в виду, что R я С включают в себя входное сопротивление и емкость вольтметра, а также емкость и сопротивление кристалла. Нужно использовать измерительный прибор с очень высоким входным импедансом, например электрометр. Типичные кривые зависимости напряжения от времени для измерений с электрометром и баллистическим гальванометром приведены на рис. 2.32. Баллистический гальванометр регистрирует суммарный заряд за все время разряда, в то время как электрометр должен измерять напряжение ео в начале разряда. Таким образом, хотя и ео и Q должны измеряться за время t<RC, Q измеряется в течение большего времени, чем ео, и поэтому менее подвержено ошибкам, обусловленным временем измерения.

Импульс давления Др должен создаваться быстро. Это требование легче достигается быстрым спадом статического давления, чем его увеличением. На рис. 2.33 показано простое устройство для создания импульсного давления. Гидрофон подвержен действию скачка статического давления, созданного массой т. После того как стекут заряды, обусловленные возникновением статического давления, на электродах кристалла не остается заряда. Потом масса т быстро убирается, что

2.7. Метод импульса (скачка давления)

приводит к быстрому спаду давления. Следовательно, Др представляет собой отрицательное изменение давления. Другая методика, используемая фирмой «Атлантик рисерч», которая производит серийные гидрофоны, иллюстрируется пунктирной

Время

f.=RC

Рис. 2.32. Выходное напряжение гидрофона при скачке давления, измеренное электрометром (верхняя кривая) и баллистическим гальванометром (нижняя

кривая).

частью рис. 2.33. Здесь быстро открывающийся клапан уменьшает давление примерно за 0,01 с. Более быстрым из этих двух методов является удаление груза. При измерении ео важно.

Клапан

Рис. 2.33. Установка для градуировки гидрофонов методом скачка давления. Последний получается удалением груза т с поршня или открыванием клапана.

чтобы не произошло утечки зарядов с электродов кристалла до того, как Др достигнет максимального значения. Следует ограничивать использование инерционных импедансов (таких, как отверстие клапана), которые замедляют снижение давления.

Результаты градуировки, полученные с помощью формулы (2.55), верны в диапазоне частот, в котором 1) гидрофон электрически эквивалентен идеальному конденсатору, 2) гидрофон механически эквивалентен идеальной пружине и 3) размеры