Приемник градиента акустического давления

%17 нсти к, Б.Б. К драт 9,во СССР4, 1983.обработка сигна - М.: Мир, 1985, с,НТА АКУСТИЧЕя какус е часто ке Целого диа ы С) О оакустически я. состоящи го кольца с ированными гналов с пр воляет полуградиенту ольную хар й приемник й из полого открытымиэлектрода- отивоположчить сигнал, давления, иактеристику ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Авторское свидетельМ 1089430, кл; Н 04 й 1/Подводная акустикалов./Под ред, Л, Бьерне216,(54) ПРИЕМНИК ГРАДИСКОГО ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относиизобретения - расширен Изобретение относится к акустике и может быть использовано в приборах для измерения градиента звукового давления в оздушной и водной среде,Известен гидр градиента давлени пьезокерамическо торцами и.секцион ми, Вычитание си ных сегментов поз пропорциональный сформировать дип направленности,Однако эффект емника возможна ивная работа такого при только на частотах. лежа пазона. Приемник градиента акустического давления содержит полый пьезокерамический цилиндр, электроды, нанесенные на внутреннюю и внешнюю поверхности пьезокерамического цилиндра. связанные друг с другом армирующим элементом крышки, одна из поверхностей каждой иэ которой выполнена скошенной и обращена к соответствующему торцу пьезокерамического цилиндра. Между крышками и торцами пьезокерамического цилиндра расположены прокладки. Нанесенный на внутреннюю поверхность пьезокерамического цилиндра электрод разделен на четное количество секций, Причем диаметрально противоположные секции данного электрода соединены электрически параллельно, а соответствующие им части пьезокерамического цилиндра имеют поляризацию разного знака, 3 ил. щих ниже основной резонансной частоты в пределах приблизительно одной октавы.Известен также гидроакустический приемник градиента давления, содержащий полый, закрытый с торцов крышками, пьезокерамический цилиндр с электродами, нанесенными на внутренней и внешней оверхностях, причем электрод на внутренней поверхности разделен на четное количество секций.В этом приемнике для получения сигнала пропорционального градиенту давления, также используется вычитание сигналов с противоположных секций цилиндра. Эффективная работа такого преобразователя возможна на частотах, близких к основной10 55 резонансной частоте и ниже, в пределаходной декады.Наиболее близким к предлагаемому является акустический приемник, содержащий полый пьезокерамический цилиндр,электроды, нанесенные на внутреннюю ивнешнюю поверхности пьезокерамического цилиндра, крышки, закрывающие торцыпьезокерамического цилиндра, причем нанесенный на внутреннюю поверхность пьезокерамического цилиндра электродразделен на четное количество секций,Недостатками известного устройства. являются ограничение частотного диапазона со стороны низких частот из-за наличияпарэзитной чувствительности к давлению,связанной с разбросом свойств пьезокерамики по цилиндру и неидентичностью.электродов, вследствие малой емкостипреобразователя велики собственные шумы приемника и его нижняя граничная частота рабочего диапазона.Цель изобретения - расширение частотного диапазона,Поставленная цель достигается тем. чтов приемнике градиента акустического давления, содержащем полый пьезокерэмический цилиндр, электроды, нанесенные навнутреннюю и внешнюю поверхности пьезокерамического цилиндра, крышки, закрывающие торцы пьезокерамическогоцилиндра, причем нанесенный нэ внутреннюю поверхность пьезокерамического цилиндра электрод разделен на четноеколичество секций, одна из поверхностейкаждой крышки выполнена скошенной и обращена к соответствующему торцу пьезокерамического цилиндра. между крышками иторцами пьезокерамического цилиндрарасположены введенные прокладки, акрышки связаны одна с другой армирующим элементом, причем диаметрально противоположные секции нанесенного навнутреннюю поверхность пьезокерамического цилиндра электрода соединены электрически параллельно, а соответствующиеим части пьезокерамического цилиндраимеют поляризацию разного знака.На фиг, 1 показан приемник градиентадавления, общий вид; на фиг, 2 - секционирование электродов и их положение относительно разнознаково поляризованныхчастей цилиндра; на фиг. 3 - первые модыколебаний цилиндра.Приемни состоит из пьезокерамического цилиндра 1, двух массивных фланцев2, стягивающего их винта 3, Для обеспечения герметизации и задания определенногоподжима цилиндра между фланцами и торцами цилиндра располагаются прокладки 4,15 20 25 30 35 40 45 50 Специальные отверстия в одном из фланцев для проводов, по которым передается электрический сигнал от электродов пьезокерамического цилиндра к электрической схеме, на фиг, 1 не показаны.На внутреннюю и внешнюю поверхности пьезокерамического цилиндра нанесены электроды. Наружный электрод 5 неразрезной, он электрически соединен с фланцами 2, Внутренний электрод б разделен на две части (либо на 4 части, если приемник предназначен для измерения градиента давления в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, Части цилиндра 7 и 8, расположенные под притиволежащими электродами, поляризованы разнознаково. Поверхности 9 фланцев, обращенные к торцам пьезокерамического цилиндра, выполнены линейно скошенными,Скошенность поверхностей крышек, обращенных к торцам цилиндров, т.е, непараллельность плоскости поверхности крышки и плоскости торца цилиндра, приводит к тому, что поджим цилиндра в направлении, параллельном его оси, меняется по направляющей,Приемник работает следующим образом,Под действием акустической волны в пьезокерамическом цилиндре, 1, опертом торцами на фланцы 2. возникают колебания, соответствующие разным модам колебаний цилиндра, однако наибольшую амплитуду имеют 0 и 1 моды (фиг. За, б). Благодаря указанной разнознэковой поляризации цилиндра в идеальном преобразователе электрический сигнал, снимаемый с электродов, определяется 1 модой и пропорционален градиенту давления.Однако, в силу всегда имеющей место некоторой неидентичности параметров частей цилиндра (чувствительности частей и площади нанесенных на него электродов), сигнал, пропорциональный 0 моде (т,е. давлению), также имеется на выходе приемника. Для улучшения качества приемника необходимо осуществить его настройку. Учитывая неидентичность электроакустических параметров частей пьезокерамического цилиндра, можно записать напряжение на выходе приемника следующим образом: Овых = Е 1 - (Е 1+ Е 2)2.1/(Е 1+ 2.2),где Е 1, Е 2 - . напряжения холостого хода секций цилиндра;Е 1, Ег - их импедансы.В случае равенства импедансов секций выходное напряжениеОвых = (Е 1+ Е 2)12,30 На основании выражений, связывающих напряжение на выходе пьезоцилиндра с его геометрическими параметрами и воздействующим на него звуковым давлением с учетом мод его колебаний, можно записать для 5 идеального приемника Ивых/ = Ро - 8 и О, (2) бз 1 г К г ебо 2 10 где г - радиус пьезокерамического цилиндра;бз 1 - пьезоэлектрический модуль;е - диэлектрическая проницаемость пьезокерамики; 15 1 - частота;С - скорость звука в среде измерения, Для реального преобразователя, имеющего 20 неодинаковую чувствительность секций ур 1 иург и их импедансы 21, 22, выходное напряжение определяется следующей зависимостью: 2 ур 17 г Е 1 - Ер 1вых 2 +22 2 Из выражения (3) следует, что выходной сигнал пропорционален градиенту давления в том случае, если35ур 122 = ур,г 21,ПРИ ур 122 ур 221 частотный диапазон приемника градиента давления уменьшается.40Поскольку чувствительность пьезокерамики зависитотстатического поджима, возможно достижение равенства (4) путем дифференцирования статической нагрузки по направляющей цилиндра, что возможно 45 вследствие скошенности поверхностей крышек. С помощью поворота крышек относительно оси цилиндра подбирается необходимое соотношение чувствительностейсекций цилиндра.На практике контроль за настройкойприемника осуществляется по виду амплитудно-частотной характеристики чувствительности (АЧХ),Рабочим для приемников градиентаакустического давления считается диапазон, в котором АЧХ имеет наклон 20 дБ дадекаду(6 дБ на октаву) У приемников, обладающих паразитной чувствительностью кдавлению, АЧХ на низких частотах имеетгоризонтальный участок. В этой частотнойобласти преобладает паразитная чувствительность к давлению.При настройке приемника следует стремиться к расширению вниз диапазона частот, на которых сохраняется наклон АЧХ,присущий приемникам градиента акустического давления,Формула изобретенияПриемник градиента акустического давления, содержащий полый пьезокерамический цилиндр, электроды, нанесенные навнутреннюю и внешнюю поверхности пьезокерамического цилиндра крышки, закрывающие торцы пьезокерамическогоцилиндра, причем нанесенный на внутреннюю поверхность пьезокерамического цилиндра электрод разделен на четноеколичество секций, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения частотного диапа. зона, одна из поверхностей каждой крышкивыполнена скошенной и обращена к соответствующему торцу. пьезоке рамическогоцилиндра, между крышками и торцами пьезокерамическсго цилиндра расположенывведенные прокладки, а крышки связаныдруг с другом армирующим элементом, причем диаметрально противоположные секции нанесенного на внутреннююповерхность пьезокерамического цилиндраэлектрода соединены электрически параллельно, а соответствующие им части пьезокерамического цилиндра имеют поляризацию разного знака,1732500Составитель Г,Волктор Н.Гунько Техред М,Моргентал Корректор М,Максимишинец Заказ 1591 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10