Гидрофон

О П И С А Н И Е 11750758ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(28) Приоритет Опубликовано 23.07.80, Бюллетень 27 но 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,Изобретение относится к области гидроакустики, более конкретно - к электромеханическим приборам, преобразуюшим механические колебания водной среды в электрические сигналы, и может быть использовано в5 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 пьезокерамических гидрофонов тем, что их метрологичес 15 кое обслуживание экономично, просто и не тре. бует 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 возможное. тями калибровочного . излучателя;- градуировка гидрофонов осушествляется не во всем рабочем диапазоне частот приемников;- динамический диапазон излучателя калибровочного сигнала не обеспечивает высокого соотношения сигнал/шум, что снижает эффектив. ность и точность метрологических операций при их проведении в непосредственных условиях эксплуатации гидрофонов.Наиболее близким по технической сущности к предложенному является гидрофон, содержащий пьезокерамический чувствительный элемент с металлизированной внутренней по. лостью, калибровочное устройство, сигнальные цепи, элементы герметизации и крепления 21.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 частот750758 3ной характеристики микротелефонного излучателя, особенно на крайних частотах полосы излучаемого звукового сигнала;- неравномерностью диаграммы направленности излучения калибровочного сигнала из.за особенностей конструктивного исполнейия микротелеф она;- 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 калибровоч. ного 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 микротеле. фон;- невозможность градуировки гидрофона в его рабочем диапазоне частот с помощью микротелефонного излучателя калибровочного сигнала по причинам, указанным в пп. 1,2,3.Целью настоящего изобретения является повышение точности определения чувтсвительнос. ти во всем его диапазоне рабочих частот гидро. фона.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 питания калибровочного электрода переменным током 8,При калибровке и градуировке гидрофона с помощью встроенного электростатического возбудителя калибровочного сигнала на дополнительный электрод подается одновремен. но переменное напряжение О необходимой частоты и постоянное напряжение Е. фМгновенное напряжение Оь, приложенное кэлектроду равно сумме напряжений О == Е + Ощ впмт,Между дополнительным электродом и метал.лизированной внутренней поверхностью чувствительного пьезокерамического элемента возникает равномерно распределенная электростатическая сила притяжения. На статическую частьэтой силы пъезокерамика гидрофона не реаги 10 рует, а на переменную часть - вырабатываетсянапряжение реакции, соответствующее реакциипьезокерамики на переменное акустическоедавление водной среды,При Е ) ОРП ( = 30 - 50) рабочая форЕ15мула для калибровки и градуировки гидро.фона имеет вид:Рэкв, = - ш - 8,85 1 Онм 5ЕОогР 20 где Рэкв - эквивалентное акустическому электростатическое давление на поверхности пьезокерамики;Е - напряжение от источника постоянного тока, в вольтах;25 О,п - амплитуда переменного напряженияот генератора, в вольтах;б - зазор между калибровочным электродом и внутренней поверхностьюпьезокерамики30 8,85 10ф/м - диэлектрическая проницаемость воздуха в зазоре.Как видно иэ рабочей формулы, эффективное значение давления на поверхностипьезокерамики не зависит от частоты напряжения возбуждения, что позволяет использовать для градуировки гидрофона весь егорабочий диапазон частот. Чувствительность гидрофона на конкретной частоте определяется 40 Вых гидросраналитически по формуле =,гдеэквОвыхгидроф. - 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 вединицах давления, дб); Рэкв - расчетное эначение электростатического давления эквивалент.ного акустическому давлению водной средыопределенной величины и частоты.При выполнении условия постоянства величины зазора междуэлектродами во внутрен.ней полости чувствительного элемента, погрешность самокалибровки и градуировки гид.рофона во всем диапазоне его рабочих частотбудет в 3 раза ниже, чем у прототипа, и со.савит не более + 2 дб,750758 Источники информации,Зр принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3118125, кл, 340 - 8,опублик. 1964,2. Авторское свидетельство СССР Р 193325,кл. Н 04 В 1/44, 1966 (прототип). аПредложенная 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 гидро- фона с лучшими показателями точности опре. деления чувтсвительности, с повышенным от О 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 2 О с помощью дополнительного электрода и ис. точника постоянного напряжения;- улучшаются показатели безотказности и долговечности калибровочного устройства, встроенного в гидрофон, так как оно уже не 2 Б содержит ненадежных радиоэлементов.Предлагаемый гидрофон может быть использован, например, в акустических трактах глу. боководных стационарных или подвюювх измерительных систем, в аппаратуре морской сейсморазведки, Использование его позволит получить положительный эффект при техни ческом обслуживании аппаратуры за счет оперативности, простоты и достаточной точности результатов калибровки и градуировки гид.рофона непосредственно в условиях эксплуа.тации без демонтажа, привлечения образцо.вых и других средств обычного обеспеченияметрологического 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 возбу. дителем, размещенным во внутренней полости пьезокерамического чувствительного элемента и выполненным в виде металлического электро. да, установленного с зазором по отношению к . внутренней поверхности пьезокерамического чувствительного элемента, не превышающим 0,015 своего радиуса, и соединенного с вве денными источником постоянного высокого нвпря. жения и генератором переменного низкого напряжения рабочих частот гидрофона.750758 Редактор В, Голышкина Заказ 4673/47 Тираж 729 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель Е Артамонова Тех ред И.Асталош Корректор М. Коста