Главная страница  Градуировка гидрофонов 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [ 93 ] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118]

разователями гидроакустической станции и TR-205/WQM. Гидрофоны данного типа имеют у основания скобу для крепления груза, удерживающего их в устойчивом положении при проведении измерений с борта корабля.

5.7. ГИДРОФОНЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВ

Отличительная особенность гидрофона для измерения шумов- его низкий уровень собственного шума. Неофициальным


10000

1000 Частота, Гц

Рис. 5.19. Типичный эквивалентный шум на входе транзисторного предусилителя в децибелах относительно 1 В в полосе 1 Гц. На кривых нанесена емкость рабочих элементов.

показателем качества такого гидрофона является уровень собственных шумов на 1 Гц в децибелах относительно уровня штилевых шумов моря по Кнудсену. Раньше гидрофон в лучшем случае способен был регистрировать шумовое поле при штилевых уровнях моря. Однако при современных методах выделения сигналов из шумов возможно измерять сигналы много ниже уровня шумов моря.

Для нерезонансных пьезоэлектрических чувствительных элементов собственные шумы сопротивления излучения, механического и электрического импедансов незначительны по сравнению с шумами предварительного усилителя. В таком случае пороговое или эквивалентное шумовое давление, связанное с шумами предварительного усилителя через вносимую пьезокерамическим элементом входную нагрузку, зависит от емкости и чувствительности этого элемента.



Уровни шумового напряжения, характерные для типичного предварительного усилителя на транзисторах, приведены на рис. 5.19. Давление, эквивалентное шуму такого предусилителя, который используется в образцовом гидрофоне, предназначенном для измерения шумов, и шум спокойного моря по Кнудсену приведены на рис. 5.20.


10000

WOO Частота, Гц

Рис. 5.20. Звуковое давление, эквивалентное шуму, для пьезоэлектрического чувствительного элемента, соединенного с предусилителем, соответствующим рис. 5.19. Использована типичная чувствительность, равная -80 дБ относительно I В/(дин/см). Шумовое давление дается в децибелах относительно 1 дин/см в полосе 1 Гц. Прямой вверху показан уровень штилевых шумов моря по Кнудсену. На кривых указана емкость рабочих элементов.

Гидрофоном для измерения шумов является, например, DT-99/PQM-1A (см. разд. 5.6.1). Установленные в нем первоначально кристаллы ADP были заменены керамическим элементом, обеспечивающим лучшую вертикальную направленность и повышающим временную стабильность. В конструкцию более поздней модификации такого гидрофона, получившей название DT-268, входит транзисторный предусилитель.

5.8. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Пьезоэлектрические измерительные излучатели рассчитаны на работу в диапазоне частот ниже резонансной частоты, где они управляются гибкостью. Достаточные для практики уровни звукового давления можно получить с помощью нерезонансных



керамических излучателей- на частотах выше примерно 1 кГц и нерезонансных кристаллических излучателей на частотах выше-примерно 5 кГц. На более низких частотах объем керамических или кристаллических элементов значительно возрастает, и применять их становится нецелесообразно и экономически не оправдано. Кроме того, напряжение возбуждения становится настолько большим, что возникает электрическая дуга, приводящая к пробою элементов. Исключение составляют керамические излучатели, работающие в малых камерах, где нагрузочным импедансом на излучатель является главным образом податливость камер. В этом случае давление, отнесенное к 1 В, не меняется с изменением частоты. Данное исключение рассмотрено в разд. 5.9.5. •

При большинстве измерений, проводимых в лаборатории или; бассейне, желательно иметь однонаправленные излучатели, чтобы уменьшить влияние отражений от боковых стенок, верхней и нижней границ водоема. При измерениях в открытых водоемах необходимо применять ненаправленные излучатели, поскольку невозможно ориентировать их и управлять ими так же точно, как в лабораторных условиях.

Основными трудностями при конструировании излучателей являются аномалии, вызываемые паразитными резонансами в корпусе и в креплении элементов, а также изгибные моды колебаний в керамике. На низких частотах, когда размеры излучателя малы по сравнению с длиной волны в воде и когда источник можно считать точечным, чувствительность преобразователя по напряжению в режиме излучения характеризуется кривой с наклоном 12 дБ/октава. Это происходит из-за того, что амплитуда объемного смещения пьезоэлектрического элемента, управляемого жесткостью, пропорциональна напряжению. Кривая чувствительности преобразователя по току в режиме излучения имеет наклон 6 дБ/октава. Для изменения наклона этих кривых в некоторых преобразователях используются трансформаторы.

Звуковое давление, создаваемое на расстоянии г от точечного источника, равно

\рн: (5.10)

где и - среднеквадратичная объемная скорость, р - среднеквадратичное звуковое давление, со - круговая частота; в то же время f/=co/4, где --линейное смещение излучающей поверхности или диафрагмы, А - площадь излучающей поверхности В разд. 5.3 постоянная d определяется из соотношения = = de, где е - приложенное напряжение. Таким образом,

{7=си=шйГеЛ. (5.11)




[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [ 93 ] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118]

0.0298