40 СМ, ТО сигнал уменьшится на 20 Ig (Vs), или на 3,5 дБ. Точно так же 20lg(V4)=2 дБ. и 201g(2/i)=6 дБ. Если уменьшение сигнала с расстоянием соответствует теории, то это значит, что выполнены следующие условия измерений:

1) измерительное расстояние выбрано правильно;

2) акустические центры выбраны правильно;

3) измерительная система и среда стабильны;

4) приемная система линейна;

5) преобразователи подвешены правильно;

6) отражений от границ и электрических наводок нет. Если нарушается закон затухания с расстоянием, то это значит, что одно из этих условий, вероятно, не выполнено. Не исключено, что на некоторой частоте ошибки разных типов могут скомпенсировать друг друга. Тогда проверка закона затухания с расстоянием может привести к ошибочному заключению. Но вероятность взаимного уничтожения ошибок на нескольких частотах или в диапазоне частот пренебрежимо мала.

3.6. ПОТЕРИ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ .

Нри градуировке гидрофона с предусилителем или с другим сопутствующим устройством выходное напряжение можно измерять в различных точках. Возникает вопрос: где нужно сделать клеммы, на которых должно измеряться напряжение холостого, хода? Если выбрать их на конце кабеля, то кабель и предусили-тель становятся частью гидрофона и влияют на его чувствительность. Если же клеммы выбраны максимально близко к чувствительному элементу (например, на электродах высокоимпеданс-ного пьезоэлектрического элемента), тогда нужно дополнительно-измерять потери напряжения при передаче его от гидрофона.

Потери, напряжения при передаче определяются как отношение напряжения холостого хода чувствительного элемента гидрофона, (обычно пьезоэлектрического элемента) к напряжению холостого хода на выходе предусилителя и кабеля или другого сопутствующего устройства. Отметим, что при таком определении потери выражаются числом, большим единицы, или положительным числом децибел.

Теоретически определение и измерение потерь напряжения при передаче выглядят просто. На практике же теоретически предполагаемые условия и сами измерения подвержены влиянию тонких ошибок нескольких типов. Это затрудняет измерения и в некоторых случаях делает их невозможными. Хотя нас в основном интересует гидрофон с предусилителем, теория и. практические методы, рассматриваемые здесь, приложимы к любому пассивному гидрофону с предварительным усилителем, в системе измерения напряжения.

Потери напряжения при передаче обусловлены суммарным действием двух эффектов. Один из них - усиление или ослабление самого предусилителя. Другой состоит в ослаблении напряжения, обусловленном тем, что входной импеданс предусилителя конечен и поэтому напряжение на входе предусилителя не является истинным напряжением холостого хода. На рис. 3.25 приведена схема гидрофона с предусилителем. Пьезоэлектрический преобразователь представлен в соответствии с теоремой Тевенина генератором с напряжением холостого хода Сос и последовательным внутренним импедансом Zg. Входной импеданс усилителя обозначен Za. Входное напряжение усилителя ва всегда

iHpucmajTJi-

Цепь граВуиров1Ш

Предусилитель

Vv\ Trjr j:- \-\\-

Рис. 3.25. Цепь, гидрофона, представленная генератором Тевенина и предусилителем. Паразитные импедансы показаны штриховыми линиями.

будет меньше Сос если не выполнено условие Za>Zg. Поскольку величина Zg часто достигает многих мегом, то условие ZaZg -обычно не выполняется, и напряжение Сос ослабляется до попадания на усилитель.

Потери напряжения при передаче, по определению, выражаются отношением бос/ео. Они измеряются путем введения калибровочного сигнала последовательно как .с пьезоэлектрическим преобразователем, так и с входной цепью предусилителя, как показано на рис. 3.25*). Калибровочное сопротивление выбирается малым (обычно 10 Ом), чтобы оно не ослабляло заметно напряжения вое. Калибровочное падение напряжения ei на этом сопротивлении практически равно напряжению холостого хода, т. е. можно считать, что ег=еос- Это значит, что отношения вкод/выход бос/ео и бг/бо одинаковы.. Напряжение вг измеряется на втором внешнем 10-омном сопротивлении, в результате чего получается значение е\. Эта процедура пригодна, •если импеданс шунтирующей емкости кабеля, показанной на

*) В отечественной практике этот способ называется «методом замеще-лия». - Прим. ред.

рис. 3.25 штрихами, намного больше 10 Ом. Если можно пренебречь .последовательными индуктивностью и сопротивлением кабеля, то вместо et можно измерять напряжение е, показанное на рис 3.25. При очень длинном кабеле, скажем около 30 м, напряжения и е! отличаются от вг и измерение становится непрактичным. В этом случае пользуются градуировкой на конце кабеля.

Изготовители и потребители часто "соблазняются возможностью использовать общий провод в качестве земляного и в цепи градуировки, и в выходной .цепи предусилителя. Это является ошибкой, так как тогда эти цепи связаны через общий малый, но конечный импеданс провода и сигналы из цепи градуировки попадают на выход предусилителя, минуя предусилитель.

Условия заземления являются распространенным источником трудностей при измерении потерь напряжения при передаче. Невозможно сформулировать простые правила, позволяющие избежать этих трудностей, за исключением того, что при измерениях всегда нужно учитывать усложнения схемы, обусловленные паразитными импедансами и многократными заземлениями. Электроды кристалла, экраны кабелей и корпус преобразователя имеют измеримый импеданс по отношению к земле или к воде. На практике трудно обойтись одной точкой заземления. Пресная вода - худший проводник, чем соленая, поэтому условия заземления в этих двух средах могут быть совершенно разными. На рис. 3.25 показаны различные паразитные импедансы.

Вблизи резонансных частот, где динамический импеданс пьезоэлектрического преобразователя составляет значительную часть импеданса Zg, акустическая нагрузка на чувствительный элемент во время измерения потерь напряжения при передаче должна быть такой же, как и при градуировке преобразователя.

Из-за многочисленных трудностей, возникающих при измерении потерь напряжения при передаче, с появлением современных стабильных транзисторных усилителей появилась тенденция к градуировке на конце кабеля, что позволяет не измерять потери при передаче. В этом случае там, где еще имеются измерительные схемы для определения потерь, их можно использовать для проверки стабильности аппаратуры; непосредственно при градуировке ими не пользуются.

3.7. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Градуировки, испытания и оценочные электроакустические измерения для одного преобразователя проводятся на многих частотах в широком частотном диапазоне. В некоторых местах