периода принимаемого сигнала, и заряд на электродах будет стекать быстрее, чем будет меняться мгновенное значение амплитуды сигнала. Это приводит к снижению чувствительности на 6 дБ/октава.

Паразитные резонансы и различные сопротивления можно до некоторой степени учесть в хорошо изученной конструкции. Дифракция, также показанная на рис. 5.3, оказывает на чувствительность более сложное воздействие, которое конструктору учесть почти не удается.

д f

Рис. 5.3. Характерные воздействия на частотную характеристику чувствительности гидрофона демпфирования резонанса (/), дифракции (2), паразитных резонансов (3) и сопротивления утечки {4) пьезоэлектрического элемента.

Коэффициент дифракции D определен в разд. 2.2.3 и выражением (2.4) как отношение воздействующего на гидрофон среднего давления в режиме торможения рь к давлению в свободном поле Pf, т. е.

D=Pb\Pf. (5.3)

При определении D понятие «дифракция» используется в очень широком смысле. Оно относится ко всем типам интерференции волн и сигналов, связанных с преобразователем, и включает обычное отражение и рассеяние волн препятствием, а также интерференцию в отсутствие препятствий. Например, преобразователь может состоять из двух зондов, размеры которых настолько малы, что искажений падающей волны не происходит. Коэффициент дифракции отдельного зонда был бы равен единице, однако для всей конструкции он имеет значение

В интервале от О до 1, вследствие того что сигналы на зондах могут не совпадать по фазе. Коэффициент дифракции определяется теми же явлениями, что и острота-диаграмм направленности в режиме приема, и зависит от угла падения звуковой волны. Как и у диаграмм направленности, между коэффициентами дифракции для режимов приема и излучения существует взаимосвязь. В работе [3] было показано, что для режима излучения D есть отношение давления, создаваемого преобразователем в удаленной точке свободного поля, к давлению в той же

Рис 5.4. Коэффициенты дифракции D. 1 - поршень на конце длинной трубки; 2 - цилиндр:

Z) = 2/ { T,ka {N\ (ka) -f- j\ (fia)] ]• 3 - кольцо: D = /о {ka); 4-сфера:

D=[(te)2

a--радиус кольца, сферы, цилиндра или поршня; плоскость волнового фронта параллельна оси цилиндра или поверхности поршня и перпендикулярна плоскости кольца; k=27tf/c, где f - частота (в Гц) и с-скорость звука.

точке, создаваемому элементарным или малым сферическим источником с такой же объемной скоростью. Отношение между D и другими параметрами излучения определяется в этой работе формулой

где R - сопротивление излучения, -коэффициент концентрации, k - волновое число, рс - волновое сопротивление воды.

Значения D для некоторых распространенных, но идеализированных форм преобразователей, рассчитанные Генрике [4], приведены на рис. 5.4. Для других форм преобразователей значения D можно вывести из этих кривых. Например, для цилиндра конечных размеров D можно определить из кривых для цилиндра бесконечной длины и кольца. Для поршня произвольной формы в жестком экране D = 2 (или +6 дБ).

Разработчик практически не может учесть коэффициент дифракции, так как характеристика направленности обычно бывает уже заданной. Поскольку коэффициент дифракции и диаграмма направленности зависят от одних и тех же интерференционных явлений, они взаимосвязаны.

5.3. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Понятие «пьезоэлектрик» используется как для истинных монокристаллов типа сегнетовой соли, кварца, турмалина, дигидрофосфата аммония (ADP), сульфата лития, где пьезоэлектрический эффект обусловлен асимметрией естественной кристаллической структуры, так и для поляризованной поликристаллической керамики, пьезоэлектрические свойства которой возникают в процессе производства. Все пьезоэлектрические материалы обладают, помимо стабильности, определенными характеристиками, которые определяют их пригодность в качестве электроакустических элементов в измерительных преобразователях. К этим характеристикам относятся пьезоэлектрические постоянные, диэлектрическая постоянная, удельное сопротивление и анизотропия кристаллов и керамики.

Чтобы описать отношение электрического параметра (например, плотности зарядов или напряженности электрического поля) и механического (например, деформации или напряжения), используются два типа пьезоэлектрических постоянных. Поскольку материал анизотропен, электрические и механические параметры имеют индексы для обозначения направления их действия.

Постоянная gij выражается отношением механического напряжения к плотности приложенных электрических зарядов или отношением напряженности электрического поля к приложенному механическому напряжению. Индекс i определяет направление, перпендикулярное к электродам, или направление электрического поля; индекс ; характеризует направление возникшей деформации или приложенного механического напряжения.

Постоянная dij представляет собой отношение деформации к приложенному электрическому полю или плотности зарядов к приложенному механическому напряжению. Индексы имеют тот же смысл, что и у постоянной g.