Приемник градиента давления

(51)4 Н 04 К 17/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРФ 1(56) Авторское свидетельство СССРР 793663, кл. В 06 В 1/06, 1979,Авторское свидетельство СССРВ 466440, кл. В 06 В 1/06, 1973.(54) ПРИЕМНИК ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к гидроакустике. Цель изобретения - расши 2рение динамического диапазона в сторону меньших значений амплитуд путемувеличения чувствительности и уменьшения теплового порога . Приемник градиента давления содерзит инерционные массы 1, в которых двумя противоположными сторонами закреплен чувствительный элемент 2 в виде биморфной пьезокерамической пластины с электродами, причем внешние электроды 3 нанесены на ширину Д от внутреннего края инерционных масс 1, определяемую из соотношения д/1 = 0,13, где 1 - длина пластины на участке между инерционными массами. 1 ил.(3) 30 второй величины(х) полыраже ни ем производи следующее 5шение (5), нахо от состава пьеАнализируя соот, что независи Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано, в частности,для регистрации акустических сигналов.Цель изобретения - расширение ди 5 намического диапазона в сторону меньших значений амплитуд путем увеличения чувствительности и уменьшения теплового порога приемника.На чертеже показана конструкция приемника,Приемник градиента давления содержит инерционные массы 1, в которых двумя противоположными сторонами закреплен чувствительный элемент 2 в виде биморфной пьезоэлектрической пластины с электродами, причем внешние электроды 3 нанесены на ширинч л .От внутреннего края инерционных масс 1, определяемую из соотношения Л/10,13, где 1 - длина пластины на участке между инерционными массами.Для пластинки, закрепленной с двух кОнцОВ расстояние между которыми 1 25 и бесконечной в перпендикулярном направлении, краевая задача о колебаниях под действием равномерно распределенной силы Ре имеет вид дЕЬг д 1 ы 1,рЬ + Гег 12(1-г ) дх 4 где Ь - толщина пластинки;Е- модуль Юнга, коэффициент Пуассона и плотность материала,иэ которого выполнена пластинка;(1- смещение точки нейтральнойповерхности,Рассматривая решение задачи (1)и ограничиваясь диапазоном частот 45 Электрическое напряжениеке пропорционально амплитуельной механической деформакающей в ее объеме где Е - расстояние от нейтральной поверхности.Поскольку зависимость Е(х) определена формулой (2), можно вычислить электрическое напряжение Б, возникающее на выходе рассматриваемой системый Константа К зависит от величин Г, Ь, от упругих и пьезоэлектрических констант керамики, а также от электрического соединения электродов, расположенных на биморфной пьезопластинке и не зависит от ширины электродов Л.Тепловой порог Р определяется уровнем собственных шумов приемника градиента давления и его чувствительностью при соотношении шум - сигнал равная 1.Тепловые шумы рассматриваемой электромеханической модели обусловлены диэлектрическими и механическими потерями в керамике. Расчет показывает, что для обычно используемых составов пьезокерамики влиянием механических потерь можно пренебречь. Тогда спектральная плотность тепловых флюктуаций электрического напряжения на приемнике градиента давления Пг выражается формулой Найквиста: Бг = 4 К Т (4) о) Б С 1 где К - константа Больцмана;Т - температ 7 ра;Сд I - тангенс угла диэлектрических потерь пьезокерамики;С - электрическая емкость приемника градиента давления.Учитывая тот факт, что величина С прямо пропорциональна ширине элект родов й, а также формулы (2), (3) и (4), получают следующую зависимость порогового уровня от отношения Ь /1:5 152 зокерамики тепловой порог имеет минимум, определяемый значением 0 13 Ье(6) Формула изобр ете ния Приемник градиента давления, со держащий инерционные массы и чувствительный элемент в виде биморфнойпьезоэлектрической пластины с электродами, причем пластина закрепленадвумя противоположными сторонами в 25 инерционных массах, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона в сторону меньших значений амплитуд путемувеличения чувствительности и уменьшения теплового порога, внешниеэлектроды нанесены на ширину д отвнутреннего края инерционнык масс,определяемую из соотношения Ь/1= О, 13, где 1 - длина пластины научастке между инерционными массами, 35 Составитель И. Игумнова Техред М.Ходанич Редактор Л. Пчолинская Корректор В, Кабаций Ш Ш ЕШШЮЗаказ 7247/57 Тираж 626 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,111 Как следует из формул (2) и (3),электрическое напряжение, возникающее на выходе рассматриваемого ПГД,эависитфот отношения Ь/, При величине Ь/ 1О, 18 электрическое напряжение О уменьшается, при уменьшенииб/с оно несколько возрастает, Однако величина теплового порога при6/ ( О, 13 возрастает и, как следуетиз полученного выражения (5), имеетнаименьшее значение при Ь/ = 0,13.Анализ формул (2) и (3) показал,что электрическое напряжение Б, возникающее на выходе рассматриваемогоПГД, по крайней мере на порядок выше электрического напряжения, возникающего на выходе ПГД, имеющего .сплошные ннешние электроды н пределахограничений, которые были положеныпри выходе этих формул.Таким обрахом, выбирая ширинуэлектрода из соотношения (6), получим повышение чувствительности приемника градиента давления и понижение его теплового порога в пределахлинейного участка амплитудно-частотной характеристики,Соединение электродов между собойможет быть осуществлено в приемнике 594 5 6так, чтобы электрические напряжения,возникающие на кажцой из пар электродон, складывались н фазе. Это можетбыть достигнуто, например, путем пос 1ледонательного включения каждой пос-ледовательно включенной пары электродов, поскольку биморфный элемент собразован двумя пьезопластинами, соединенными между собой противоположными обкладками. Такое электрическоесоединение электродов дополнительноповышает чувствительность приемникаградиента давления н исследуемом диапазоне частот