Гидрофон
Формула | Описание | Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Номер патента: 1766232
Автор: Гаранин
Формула
1. ГИДРОФОН, содержащий помещенный в герметичную оболочку чувствительный пьезокерамический элемент с электродами, подключенными к входу активного четырехполюсника, выход которого электрически связан с кабелем, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот, увеличения чувствительности и повышения надежности, активный четырехполюсник выполнен в виде усилителя-преобразователя тока в напряжение, входной импеданс которого
Zвх <<<< Zo ,
где Z0 - импеданс электрических потерь.
2. Гидрофон по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения равномерности частотной характеристики, величина импеданса преобразования усилителя-преобразователя тока в напряжение выбрана прямо пропорциональной величине динамического импеданса чувствительного пьезокерамического элемента и обратно пропорциональной коэффициенту дифракции гидрофона.
Описание
Известен гидрофон, содержащий в герметичной оболочке чувствительный элемент из пьезоэлектрического материала с электродами, а также кабель, подключенный к электродам пьезоэлектрического материала.
Недостатком известной конструкции являются низкие эксплуатационные характеристики гидрофона, обусловленные влиянием импеданса электрических потерь на выходной сигнал чувствительного элемента. Импеданс потерь в известной конструкции складывается из импеданса потерь пьезоэлемента, импеданса потерь герметизирующей оболочки, в которую заключен пьезоэлемент, импеданса потерь кабеля, подключенного к электродам пьезоэлемента, импеданса потерь входного каскада электронного устройства, подключаемого к гидрофону. В случае нарушения герметичности оболочки к нему добавляется импеданс потерь, вызванный затеканием воды в гидрофон. Влияние импеданса потерь на выходной сигнал чувствительного элемента уменьшает величину выходного сигнала, сужает полосу рабочих частот, снижает надежность работы, т.е. ухудшает эксплуатационные характеристики гидрофона.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидрофон, содержащий помещенный в герметичную оболочку чувствительный пьезокерамический элемент с электродами, подключенными к входу активного четырехполюсника, выход которого электрически связан с кабелем. Активный четырехполюсник в известной конструкции выполнен как катодный повторитель. Этот гидрофон выбран в качестве прототипа.
Недостатками известного гидрофона являются узкий диапазон рабочих частот, низкая чувствительность и надежность, что обусловлено влиянием импеданса электрических потерь пьезоэлемента, герметизирующей оболочки, активного четырехполюсника, а также импеданса потерь, возникающего при затекании воды, на эксплуатационные характеристики гидрофона. Кроме того, наличие частотно-зависимого выходного импеданса пьезоэлемента влияет на частотную характеристику гидрофона, увеличивая ее неравномерность.
Целью изобретения является расширение диапазона рабочих частот, увеличение чувствительности и повышение надежности, а также повышение равномерности частотной характеристики.
Цель достигается тем, что в гидрофоне, содержащем помещенный в герметичную оболочку чувствительный пьезокерамический элемент с электродами, подключенными к входу активного четырехполюсника, активный четырехполюсник выполнен в виде усилителя-преобразователя тока в напряжение, входной импеданс которого



С целью повышения равномерности частотной характеристики величина импеданса преобразования

На фиг. 1 представлена конструкция гидрофона; на фиг. 2 - структурная электрическая схема гидрофона; на фиг. 3 - электрическая эквивалентная схема гидрофона; на фиг. 4 - эквивалентная электрическая схема примера выполнения гидрофона.
Гидрофон содержит чувствительный пьезокерамический элемент 1 с электродами, подключенными к входу усилителя-преобразователя тока в напряжение 2, выход которого электрически связан с кабелем 3. Кроме того, гидрофон содержит герметичную оболочку 4, а усилитель-преобразователь тока в напряжение 2 заключен в металлический корпус.
Кабель 3 предназначен для подключения гидрофона к измерительной аппаратуре, а герметичная оболочка 4 - для защиты пьезоэлемента от воздействия воды.
Эквивалентная электрическая схема (см.фиг.3) гидрофона содержит генератор








Выходное напряжение гидрофона определяется по формуле




Устройство работает следующим образом. При воздействии звукового давления Ро на чувствительный элемент 1 с площадью поверхности S в нем возникает электрическое напряжение.


N - коэффициент электромеханической трансформации.
С электродов электрический ток поступает на активный четырехполюсник 2, выполненный в виде усилителя-преобразователя тока в напряжение, и с его выхода напряжение поступает на кабель 3.
Поскольку усилитель-преобразователь тока в напряжение (УПТН) имеет очень маленький входной импеданс








На основании формул (1) и (2):





Поскольку S и N от частоты не зависят, то для получения равномерной частотной характеристики необходимо соблюдение условия:



Следовательно, выбором коэффициента преобразования УПТН можно обеспечить равномерную частотную характеристику.
Пример конкретного выполнения устройства показан на эквивалентной электрической схеме (см.фиг.4). На ней динамический импеданс





Импеданс

Входной импеданс УПТН

Усилитель-преобразователь тока в напряжение может быть выполнен по схеме, приведенной в журнале "Электроника", 1988, N 1, с. 77-82, рис. 2, "Быстродействующий прецизионный усилитель-преобразователь сопротивлений".
Выполнение активного четырехполюсника в виде УПТН улучшает эксплуатационные характеристики гидрофона: расширяется вниз диапазон рабочих частот, увеличивается выходной сигнал, а также повышается надежность гидрофона, так как уменьшается влияние импеданса потерь, возникающего при затекании воды в гидрофон. Выбор величины коэффициента преобразования УПТН прямо пропорционален величине динамического импеданса чувствительного элемента, позволяет получить равномерную характеристику в рабочем диапазоне частот гидрофона.
Использование: электроакустика. Сущность изобретения: гидрофон содержит помещенный в герметичную оболочку чувствительный пьезокерамический элемент с электродами, подключенными к выходу усилителя-преобразователя тока в напряжение, входной импеданс которого Zвх

Рисунки
Заявка
4789407/10, 06.02.1990
Научно-исследовательский институт "Штиль"
Гаранин В. С
МПК / Метки
МПК: H04R 1/44
Метки: гидрофон
Опубликовано: 30.08.1994
Код ссылки
<a href="https://patents.su/0-1766232-gidrofon.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Гидрофон</a>
Предыдущий патент: Устройство для контроля технологического параметра
Следующий патент: Способ добычи нефти
Случайный патент: Способ получения дипиридилов