|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Гидрофон |
 | |
Анимация
Описание
Гидрофоны (ГФ) являются электроакустическими приемными преобразователями и применяются в гидроакустике для прослушивания подводных сигналов и шумов, для измерительных целей, а также как составные элементы направленных гидроакустических антенн. Наиболее распространены ГФ, принцип действия которых основан на пьезоэлектрическом эффекте. Используются также ГФ магнитострикционного типа.
Размер чувствительного элемента ГФ выбирают исходя из требования, чтобы частота резонанса механической системы была выше диапазона рабочих частот. Это позволяет уменьшить неравномерность частотной характеристики и искажения диаграмм направленности в рабочем диапазоне. Чувствительные элементы ГФ могут иметь форму цилиндров, стержней, пластин или сфер, выполненных из пьезокерамики (цирконат - титанат свинца, титанат бария и др.) реже из магнитострикционных материалов.
Как и всякий приемник звука, ГФ характеризуется чувствительностью холостого хода:
gxx = exx /p,
где eхх - эдс холостого хода чувствительного элемента;
p - действующее на него звуковое давление,
удельной чувствительностью (В/Па Ом1/2)
gu = gxx /(Zin)1/2,
определяющей пороговое, т.е. минимальное звуковое давление, которое ГФ может зарегистрировать при заданном превышении уровня сигнала над уровнем собственных электрических шумов при оптимальном согласовании со входом усилителя или индикатора (Zin - собственный электрический импеданс чувствительного элемента ГФ); неравномерностью частотной характеристики, обычно измеряемой в децибелах; характеристикой направленности, которая при работе ГФ в составе многоэлементной антенны влияет на направленность антенны в целом.
Измерительные гидрофоны конструируются для звуковых и ультразвуковых частот, начиная от десятков Гц до сотен кГц, при диаметре чувствительного элемента от нескольких см до 3 - 4 мм. Чувствительность шаровых измерительных звукоприемников (при тонкостенной керамике) составляет приблизительно 100 мкВ/Па на 1 см радиуса. Как правило, измерительные гидрофоны снабжаются подводными предварительными усилителями.
Принимаются специальные меры по обеспечению герметичности и защиты чувствительных элементов ГФ от действия гидростатического давления и действия воды. Обычно чувствительный элемент с электронными блоками помещают в металлическую оболочку, иногда в ГФ, работающих на больших глубинах, применяются жидкостные компенсаторы гидростатического давления.
Ключевые слова
Области техники и экономики
Приборы для измерения акустических величин и характеристик
Электроакустическая, ультразвуковая и инфразвуковая техника
Применение эффекта
Измерительные ГФ являются звукоприемными элементами в устройствах для измерения звукового давления в водной среде при гидроакустических исследованиях и при испытании гидроакустической аппаратуры. ГФ применяются в гидролокаторах, шумопеленгаторах, взрывателях акустических мин и др. В частности, в наиболее эффективных системах шумопеленгации (см. описание НТЭ “Шумопеленгатор”) стационарного типа приемником звука являются акустические антенны, состоящие из нескольких (до сотен штук) ГФ, обладающих нужной диаграммой направленности. Данные от этих антенн по кабельным линиям передаются на береговые станции для обработки.
Реализации эффекта
Пьезоэлектрический измерительный ГФ
На рис. 1 показан пьезоэлектрический измерительный ГФ сферического типа.
Пьезоэлектрический измерительный гидрофон сферического типа
Рис. 1
Обозначения:
1 - чувствительный пьезоэлектрический элемент в виде полой сферы из керамики титаната бария с радиальной поляризацией;
2 - внутренний электрод (серебряное покрытие);
3 - внешний электрод;
4 - тонкое резиновое покрытие для изоляции внешнего электрода от водной среды и для предохранения его от коррозии;
5 - виброизолирующий элемент;
6 - полоый металлический стержень;
7 - внутренний электрод;
8 - герметическое коаксиальное соединение.
Сферический чувствительный элемент крепится резиновым виброизолирующим элементом 5 к полому металлическому стержню 6, электрически соединенному с внешним электродом 3. Проводник от внутреннего электрода 7 проходит внутри стержня 6. Герметическое коаксиальное соединение 8 соединяет гидрофон с корпусом предварительного усилителя.
Литература
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.- С.400.
2. Тюрин А.М., Сташкевич А.П., Таранов Э.С. Основы гидроакустики,- Л., 1966.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |