Гидрофон

Гидрофон

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик (1750758

Ф

1 (61) Дополнительное к ант. свид-ву (22) Заявлено 08.02.78 (21) 2577371/18-10 (5) ) М. Кл.

Н 04 R 1/44 с присоединением заявки №вЂ”

Гаоударстоеннь1й комитет (28) Приоритет

Опубликовано 23.07.80. Бюллетень № 27

llc делам нэобретеннй н открыпнй (53) УДК

534.232 (088.8) Дата опубликования описания 23.07.80

В. С. Рытиков, В. И. Беляк, В. И. Кормановский и Е. Г. Чубаров (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ГИДРОФОН,Изобретение относится к области гидроакустики, более конкретно — к электромеханическим приборам, преобразуюшим механические колебания водной среды в электрические сигналы, и может быть использовано в

5 подвижных и стационарных устроиствах и системах подводной акустики.

Известны гидрофоны, работающие с использованием пьезоэффекта . проверка технических параметров и калибровка которых осу) шествляется с помощью встроенных калибровочных устройств (1) .

Данные гидрофоны выгодно отличаются от широко распространенных типов пъезокерамических гидрофонов тем, что их метрологичес15 кое обслуживание экономично, просто и не требует демонтажа гидрофона для создания искусственных условий калибровки и градуировки, как это делается обычно для типовых пьезокерамических приемников.

В то же время указанные аналоги обладают существенными недостатками: — определение чувствительности гидрофонов имеет большую погрешность до 10 —; 15 дб; — калибровка гидрофонов производится на узкой полосе частот, определяемой возможностями калибровочного . излучателя; — градуировка гидрофонов осуществляется не во всем рабочем диапазоне частот приемников; — динамический диапазон излучателя калибровочного сигнала не обеспечивает высокого соотношения сигнал/шум, что снижает эффективность и точность метрологических операций при их проведении в непосредственных условиях эксплуатации гидрофонов.

Наиболее близким по технической сущности к предложенном> является гидрофон, содержащий пьезокерамический чувствительный элемент с металлизированной внутренней полостью, калибровочное устройство, сигнальные цепи, элементы герметизации и крепления (2).

При всей простоте гидрофона с встроенным микротелефонным калибраторам,он обладает рядом недостатков: — низкой точностью самокалибровки и определения чувствительности гидрофона вследствие большой (до 12 дб) неравномерности частот

750758

3 ной характеристики микротелефонного излучателя, особенно на крайних частотах полосы излучаемого звукового сигнала; — неравномерностью диаграммы направленности излучения калибровочного сигнала иэ-за особенностей конструктивного исполнейия микротелефон а; — ограниченным частотным диапазоном калибровочного сигнала, имеющим приемлемую для заданной точности калибровки неравномерность частотной характеристики; — низкий динамический диапазон калибровочного сигнала, обусловленный воэможностями конструкции микротелефонного излучателя и условием обеспечения излучения калибровочного сигнала с заданной неравномерностью частотной характеристики; — нестабильность во времени электроакустических параметров микротелефонного излучателя калибровочного сигнала, их существенная зависимость от колебаний температуры, влажности, вибраций и физико-химических свойств материалов, из которых изготовлен микротелефон; — невозможность градуировки гидрофона в его рабочем диапазоне частот с помощью микротелефонного излучателя калибровочного сигнала по причинам, у .азанным в пп. 1,2,3.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определения чувтсвительности во всем его диапазоне рабочих частот гидрофона.

Это достигается тем, что устройство снабжено электростатическим возбудителем, размещенным во внутренней полости пьезоэлемента и выполненным в виде металлического электрода, установленного с зазором по отношению к внутренней поверхности пьезоэлемента, не превышающим 0,015 своего радиуса, и соединенного с источником постоянного высокого напряжения и генератором переменного низкого напряжения рабочих частот гидрофона.

Изобретение поясняется. чертежом.

Предлагаемый гидрофон содержит пьезокерамический чувствительный элемент 1 с внутренней полостью 2, сигнального электрода 3, соединенного с корпусом гидрофона 4, калибровочного дополнительного электрода 5, элементов крепления и герметизации б, источника питания калибровочного электрода постоянным током 7 и источника литания калибровочного электрода переменным током 8.

При калибровке и градуировке гидрофона с помощью встроенного электростатического возбудителя калибровочного сигнала на дополнительный электрод подается одновременно переменное напряжение U необходимой частоты и постоянное напряжение Е. ф

Мгновенное напряжение Uy, приложенное к электроду равно сумме напряжений Uy =

Е + Um sin мт.

Между дополнительным электродом и металлизированной внутренней поверхностью чувствительного пьезокерамического элемента возникает равномерно распределенная электростатическая сила притяжения. На статическую часть этой силы пъезокерамика гидрофона не реаги1О рует, а на переменную часть — вырабатывается напряжение реакции, соответствующее реакции пьезокерамики на переменное акустическое давление водной среды.

При Е ) Um (= 30 — 50) рабочая форЕ

15 Um мула для калибровки и градуировки гидрофона имеет вид:

Рэкв. = — эээ — 8,85 ° 10 (и!м

Е U 1г

20 где P3 — эквивалентное акустическому электростатическое давление на поверхности пьезокерамики;

Š— напряжение от источника постоянного тока, в вольтах;

25 Um — амплитуда переменного напряжения от генератора, в вольтах;

d — зазор между калибровочным электродом и внутренней поверхностью пьезокерамики;

ЗО 8,85 10 ф/м — диэлектрическая проницаемость воздуха в зазоре.

Как видно иэ рабочей формулы, эффективное значение давления на поверхности пьезокерамики не зависит от частоты напряжения возбуждения, что позволяет испольэовать для градуировки гидрофона весь его рабочий диапазон частот. Чувствительность гидроф она на конкретной частоте определяется

40 Вых гидрожир аналитически по формуле =,где экв

0выхэ-идроф — напряжение реакции пьезокерамики гидрофона на калибровочное воздействие, либо то же напряжение, но прошедшее усиление акустического тракта и поданное на оконечное регистрирующее устройство (вольтметр с градуировкой шкалы в единицах давления, дб); Рэкв — расчетное эна50 чение электростатического давления эквивалентного акустическому давлению водной среды определенной величины и частоты.

При выполнении условия постоянства величины зазора между электродами во внутренней полости чувствительного элемента, погрешность самокалибровки и градуировки гидрофона во всем диапазоне его рабочих частот будет в 3 раза ниже, чем у прототипа, и составит не более + 2 дб.

750758

Источники информации, 30 принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США N 3118125, кл. 340 — 8, опублик. 1964.

2. Авторское свидетельство СССР Р 193325, кл. Н 04 R 1/44, 1966 (прототип). а

Предложенная конструкция гидрофона вьп одно отличается по своим возможностям: — расширяется частотный диапазон самокалибровки гидрофона, становится возможной его градуировка без привлечения дополнительных средств и устройств; — появляется возможность оперативно осуществлять метрологическое обслуживание гидрофона с лучшими показателями точности определения чувтсвительности, с повышенным от- 10 ношением сигнал/шум, что обуславливает реализацию данного предложения в системах, установленных в местах с повышенной шумностью среды; — появляется возможность использовать 15 предложенный гидрофон в условиях большого гидростатического давления, так как высокая эффективность гидрофона на большой глубине достигается созданием во внутренней полости электростатического противодавления 20 с помощью дополнительного электрода и источника постоянного напряжения; — улучшаются показатели безотказности и долговечности калибровочного устройства, встроенного в гидрофон, так как оно уже не 25 содержит ненадежных радиоэлементов.

Предлагаемый гидрофон может быть использован, например, в акустических трактах глубоководных стационарных или подвижных измерительных систем, в аппаратуре морской сейсморазведки. Использование его позволит получить положительный эффект при техническом обслуживании аппаратуры за счет o!I0ративности, простоты и достаточной точности результатов калибровки и градуировки гидрофона непосредственно в условиях эксплуатации без демонтажа, привлечения образцовых и других средств обычного обеспечения метрологического обслуживания.

Формула изобретения

Гидрофон, содержащий пьеэокерамический чувствительный элемент с металлизированной внутренней полостью, калибровочное устройство, сигнальные цепи, элементы герметизации и крепления,о тл ичаю щи йся тем,что, с целью повышения точности определения его чувствительности в рабочем диапазоне частот, устройство снабжено электростатическим возбудителем, размещенным во внутренней полости пьезокерамического чувствительного элемента и выполненным в виде металлического электрода, установленного с зазором по отношению к . внутренней поверхности пьезокерамического чувствительного элемента, не превышающим

0,015 своего радиуса, и соединенного с введенными источником постоянного высокого напряжения и генератором переменного низкого напряжения рабочих частот гидрофона.

750758

Составитель Е Артамонова

Техред И.Асталош Корректор М. Коста

Редактор В. Гол ышкина

Заказ 4673/47

Тираж 729 Подписное

ЙПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4