С ДЛИНОЙ волны, то преобразователь такого вида нужно еще изготовить и установить с пространственной точностью и симметрией в масштабе миллиметровой длины волны. Вторая проблема связана с узким основным лепестком преобразователя Е8 на частотах порядка мегагерц. Излучение большой мощности должно производиться с большой излучающей поверхности. Но при большой излучающей поверхности получаются чрезвычайно узкие лепестки. Таким образом, высокие уровни сигнала и основные лепестки даже умеренной ширины на миллиметровых волнах несовместимы.

5.9.5. Тип С2ё

Преобразователь USRD типа G23 является типовым преобразователем, предназначенным для использования в качестве излучателя при градуировках в малых баках на высоких уровнях гидростатического давления в диапазоне инфразвуковых и звуковых частот ниже 1 кГц. Электродинамические преобразователи из-за опасности использования сильно сжатого газа в системах компенсации давления не применяются при давлениях свыше 70 10 Па. Поскольку максимальный статический перепад давления на диафрагме (±0,07* 10 Па) должен оставаться постоянным, то при повышении статического давления соответственно должна повышаться чувствительность системы компенсации, а следовательно, усложняется ее конструкция, возрастают габариты.

К счастью, методы, применяемые для градуировки преобразователей при высоких уровнях гидростатического давления в диапазоне низких частот, основаны на использовании баков или камер малого размера (см. разд. 2.2.3, 2.3.6, 2.3.7 и 2.5.1). Сопротивление излучения преобразователя в режиме излучения определяется, по существу, податливостью замкнутого объема воды. В таком случае звуковое давление пропорционально объемному смещению излучателя. При малых размерах бака (например, таких, которые имела малая камера, рассмотренная в разд. 2.3.7) можно использовать небольшой столбик из пьезоэлектрических материалов типа сульфата лития или метаниобата свинца. Для баков большого размера--емкостью порядка нескольких кубических метров и более - объем кристаллов или керамики настолько возрастает, что их использование становится экономически нецелесообразным. В этом случае используется преобразователь типа G23, показанный на рис. 5.36.

В преобразователе типа G23 имеется 10 параллельных столбиков из керамических дисков титаната-цирконаад свинца (5), возбуждающих относительно легкую магниевую переднюю плату или диафрагму (3). С противоположной стороны столбики

упираются в тяжелую стальную опорную плату {4). Поскольку весь свободный объем внутри преобразователя заполнен силиконовым маслом, гидростатическое давление внутри него распределено равномерно. Большая часть объемного смещения осуществляется за счет передней магниевой платы; это смещение пропорционально приложенному к , керамике напряжению.

Рис, 5.36. Поперечное сечение преобразователя USRD типа G23. Применяется керамика титаната-цирконата свинца PZT-4, диски имеют диаметр 3,8 см, толщину 0,65 см. Описание см. в тексте.

Звуковое давление в масле внутри преобразователя находится в противофазе со звуковым давлением вне его или в баке. Поэтому, чтобы избежать шунтирования звукового давления в баке, заполненные маслом щели (J), образованные краями передней платы, должны иметь высокий акустический импеданс. Этот вопрос обсуждается в разд. 5.10 при рассмотрении преобразователя J9. Акустическое окно (2) выполнено из резины.

Преобразователь типа G23 используется в баке диаметром 28 см и высотой 1,5 м. При подведении к преобразователю напряжения возбуждения, равного 500 В, в баке создается звуковое давление в пределах 6378 дБ относительно 1 дин/см в Диапазоне частот 0,3-600 Гц. В области низких частот чувствительность преобразователя ограничена акустическим

5.10. КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ТИПА J9

В отличие от пьезоэлектрических преобразователей электродинамические излучатели", созданные по одному конструктивному решению, могут применяться для всех видов измерений, в которых их использование желательно или целесообразно. В качестве примера можно привести конструкцию преобразователя USRD типа JO", разработанного Симсом [16].

Преобразователь J9 был разработан в 1958 г. как излучатель и взаимный преобразователь для частотного диапазона от 40 Гц до 20 кГц. Конструкция и типичная частотная характеристика чувствительности в режиме излучения этого преобразователя приведены на рис. 5.37 и 5.38.

Легкая, но жесткая диафрагма диаметром 5,7 см удерживается с помощью системы резиновых подвесок, позволяющей диафрагме совершать большие линейные перемещения.

При погружении преобразователя вода проникает с задней стороны компенсационной камеры и сдавливает корпус, сделанный из бутиловой резины, до тех пор, пока внутреннее давление воздуха не станет равным внешнему давлению воды. В таком случае при изменении глубины диафрагма не подвергается какому-либо статическому смещению. Эта система компенсации работает до глубины 25 м. На больших глубинах должна применяться компенсационная система, подобная той, которая используется в аквалангах. Податливость воздуха внутри преобразователя является одной из причин наличия сильно демпфированного основного резонанса на частоте ниже 200 Гц. Изменение податливости воздуха с изменением статического давления служит причиной того, что на частотах ниже 200 Гц чувствительность зависит от глубины.

Пик чувствительности на частоте 20 кГц вызван изгибным резонансом диафрагмы. При дальнейшем увеличении частоты на характеристике чувствительности появляются резкие флуктуации, обусловленные другими типами резонансов. Преобразователь J9, как и все электродинамические преобразователи, не экономичен: его к.п.д. менее 1%. Максимальная входная

импедансом круговой щели вокруг передней платы, которая выполняет роль фильтра нижних частот. Электрически она ограничена трудностью возбуждения емкостной нагрузки сигналом почти постоянного тока.

Преобразователь G23 применяется при давлениях до 70-10 Па. Созданы преобразователи подобной конструкции, рассчитанные на давление до 700 • Ш Па.