Файл: Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения.pdf

так и мозаичных, набранных из небольших плоских элементов, быстро развивается. Подобные сферы, обладая большой излу­ чающей поверхностью на единицу объема, могут использоваться в качестве низкочастотных излучателей.

Другой возможностью увеличить чувствительность в диапа­ зоне низких частот является использование оболочки в качестве резонатора Гельмгольца [22]. На рис. 5.21 приведена характе­ ристика чувствительности одного из таких экспериментальных преобразователей, сконструированного Симсом.

5.9. ТИПИЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Начиная с 1945 г. разработка в США широкополосных из­ лучателей для измерительных целей в значительной степени огра­ ничивалась рамками Лаборатории гидроакустических измерений ВМС, которая в настоящее время реорганизована в Отделе­ ние гидроакустических измерений Научно-исследовательской лаборатории ВМС. В период второй мировой войны фирма «Белл» начала разработку электродинамических и пьезоэлект­ рических излучателей, используя технологический опыт, накоп­ ленный в технике звукозаписи и связи. Эта работа проводилась по контракту с Лабораторией гидроакустических измерений от­ деления военных исследований Колумбийского университета. В 1945 г. разработка гидроакустических излучателей была пере­ дана ВМС. Фирма «Браш девелопмент» (в настоящее время являющаяся частью фирмы «Кливайт») в период второй миро­ вой войны была основным производителем таких пьезоэлектри­ ческих кристаллов, как сегнетова соль и ADP; ею были разработаны также несколько типов широкополосных кристал­ лических излучателей. После второй мировой войны разработка излучателей на фирме была по существу прекращена, хотя она продолжала оставаться основным поставщиком кристаллов и керамики.

Все типичные конструкции излучателей, описанные ниже, раз­ работаны в Лаборатории гидроакустических измерений ВМС. Некоторые из них изготовлены для этой лаборатории по конт­ рактам и выпускаются серийно, однако со ссылкой на разработ­

USRL) приобретаются во временное пользование организаци­ ями ВМС и подрядчиками в Лаборатории гидроакустических измерений ВМС (в настоящее время — Отделении гидроакусти­ ческих измерений Научно-исследовательской лаборатории ВМС) согласно официальной и продолжающейся программе поставок.

диаметр 25 мм и толщину 12,5 мм. Элементы преобразователя составлены в виде круговой решетки диаметром приблизительно 23 см. Вольфрамовые платы-подложки, на которых удержива­ ются элементы, запрессованы в бутиловую резину (5), предо­ храняющую тыльную сторону преобразователя от проникнове­ ния воды. Переднее акустическое окно (2) также изготовлено из бутиловой резины. Преобразователь заполнен касторовым маслом (4).

Частота, кГц

Рис. 5.23. Типичная частотная характеристика чувствительности преобразова­ теля F27 по току в режиме излучения.

Типичная характеристика чувствительности по току в ре­ жиме излучения показана на рис. 5.23. Преобразователь испы­ тан при статическом давлении до 345-105 Па, но в этой книге методы его акустической градуировки при таком давлении не рассматриваются. Преобразователь стабилен в диапазоне частот от 1 до 20 кГц при давлениях до 701Q5 Па и в интервале тем­ ператур от 3 до 25 °С. В диапазоне 20—35 кГц чувствительность изменяется на 1 дБ при тех же самых интервалах температуры и статического давления.

Направленность преобразователя F27 приблизительно такая же, как у неэкранированных однородных поршневых излучате­ лей, если не считать обратного излучения, показанного на рис. 5.24. Преобразователь резонирует на частоте значительно выше 40 кГц, но он не очень приемлем на высоких частотах, по­ скольку диаграмма направленности становится слишком острой. К тому же на высоких частотах любой преобразователь, состоящий

из мозаики элементов, распадается на решетку точечных излуча­ телей, в результате чего в диаграмме направленности появляются значительные боковые лепестки.

5.9.2. Тип F30

Преобразователь USRD типа F30 представляет собой широ­ кополосный однонаправленный излучатель для градуировки в ди­ апазоне частот 10—150 кГц и для стабильной работы в интер­ вале температур 0—35 °С при статических давлениях до 245 X ХЮ5 Па. Подобно F27, он может использоваться как гидрофон и как взаимный преобразователь.

Рис. 5.25. Обратимый преобразователь USRD типа F30 для ультразвукового

кого давления через уплотнение, 8 — позолоченная серебряная фольга, 9 — ре­ зиновое акустическое окно, 10 — касторовое масло, И — вольфрам, 12 — бути­ ловая резина.

Конструкция преобразователя показана на рис. 5.25. Чувст­ вительный элемент представляет собой прямоугольную решетку

шетка установлена на резиновых прокладках в стальном кор­ пусе (4), заполненном маслом (10).

Трансформатор с отношением числа витков 30: 1 снижает выходной импеданс до номинального значения 100 Ом на ча­ стоте 20 кГц. Электрическая цепь преобразователя показана на

рис. 5.26. Сопротивления в цепи служат для стабилизации им­ педанса.

Типичная характеристика чувствительности преобразователя по току в режиме излучения показана на рис. 5.27. При стати­ ческом давлении до 70 • 105 Па изменение чувствительности не

Авухжильныи кабель

Разъем МЗЮ6-ПЭ-5Р

Рис. 5.26. Схема электрической цепи преобразователя F30.

превышает ±0,5 дБ. Походя из статических испытаний и теоре­ тических предпосылок, можно полагать, что изменение чувстви­ тельности не превысит указанную величину и при давлениях до 245-105 Па. В диапазонах частот 25—150 кГц и темпе­ ратур 3—25°С чувствитель­ ность изменяется менее чем на ±0,6 дБ.

Из-за прямоугольной формы решетки диаграмма направленности шире в гори­ зонтальной плоскости, чем

ввертикальной (рис. 5.28).

5.9.3.Тип F33

стотным диапазонам. Можно получить чрезвычайно широкопо­ лосный излучатель, если применить в нем комбинированную си­ стему из двух секций пьезоэлектрических элементов. Такая ком­ бинированная система является отличительной особенностью