Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

с а м ых различных диаметров, которые

работают

на

всестороннее

с ж а т и е

и с успехом .используются

в

измерительных

приемниках

д а в л е н и я .

Д л я

того

чтобы такой приемник

не

принимал

вибраций от

штатив а

или

подвеса, к которому

он

крепится,

межд у штативом

и микрофоном

п о м е щ а ю т мягкую

резиновую,

э к р а н и р о в а н н у ю

с н а р у ж и гибким

э к р а н о м

вставку

(трубку),

через

которую прохо­

дит вывод от внутреннего электрода

с ф е р ы

(рис. 4.52/с).

Согласование пьезоэлемента с электрической частью

системы

Пьезоэлектрические

а п п а р а т ы

о б л а д а ю т

резко

в ы р а ж е н н о й

частотной зависимостью

собственного

электрического

сопротивле­

ния — и х сопротивление

емкостное. Пр и подключении пьезопри­

емника к электрической

нагрузке

отдаваемо е

и м

н а п р я ж е н и е не

чае, когда эта нагрузка т а к ж е имеет емкостный х а р а к т е р .

Входные цепи усилительных устройств обычно имеют вид па­

раллельного соединения емкости

входа, емкости к а б е л я и

актив­

ного сопротивления утечки сетки

. П р и частотнонезависимой

чувст­

вительности

холостого хода пьезоприемника

£ П о

чувствительность

на нагрузке

2 н = { 1 / - ^ н + і ш

С и ] - 1

составит:

Еп = Еп0С0(С0

+ С Г '

[1 + ( с о Я н Г 2 (С0 + СНГ2)-1'2.

(4.124)

Здесь С 0 — собственная емкость пьезоприемника .

И з

(4.124)

видно, что увеличение емкости входа Сп улучшает

равномерность

частотной характеристики

Еа на низких частотах,

та к ка к при этом

падает величина

[со RH (Со + Си) ] ~ 2 . Одновременно

с

этим

предель ­

ное

значение чувствительности

(ш->-оо) уменьшается

из-за множи ­

теля

Со(Со + С н ) - 1

.

Возникает

вопрос, каким

образом

следует по­

ступать при в ы б о р е

величины

собственной емкости

пьезоэлемента

разовател ь —

усилитель. К а з а л о с ь (бы, следует брать

С0

в о з м о ж н о

большей, так к а к при этом

уменьшается в л и я н и е

С н

в первом

мно­

ж и т е л е

и п а д а е т

величина

(соЯи(С0 + Са)]-1.

Увеличение С0 связа­

но

с увеличением

г а б а р и т о в пьезоэлемента,

если

чувствительность

Еа

з а д а н а . В с а м о м

деле,

используя

в ы р а ж е н и я

(3.106,

ЗЛ09,

3.110),

можн о

найти:

Em

= gk\

С 0 =

С Е

=

8 £ Ш ( 4 я / 1 ) .

И з

этих в ы р а ж е н и й

видно,

что пр и неизменном

.Епо

увеличи­

в а т ь Со можн о

только увеличивая п л о щ а д ь ,

заняту ю э л е к т р о д а м и

(І2,

k)

и сохраняя

расстояние

м е ж д у

ними

(k),

т. е. увеличивая

объем

пьезоэлемента

(Uhh).

Р а з м е р пьезоэлемента

никогда не

может 'быть в з я т произвольным

— он з а д а н

назначением

прибора:

если это ненаправленный

микрофон, его р а з м е р ы

д о л ж н ы

быть

существенно меньше

наименьшей принимаемо й длины

волны;

если

с т е м ы ), то часто возникает

о б р а т н а я

з а д а ч а :

оптимизировать

пьезоэлемент по чувствительности, если емкость

пьезоэлемента

оказывается

большой

по

сравнению с

емкостью

входа

и ф-ла

(4.128) не применима

( С и / С 0 < 1 ) .

П р и м е р о м

такого

соотношения является приемный керамиче­

ский пьезоэлемент в виде тонкостенного цилиндра

с э л е к т р о д а м , '

на внешней

и внутренней

боковых поверхностях.

В этом

случае

применением электродов в виде узких полосок

вдоль

образующих

цилиндра

(см. рис. 4.53). П о л я р и з у е т с я пьезоэлемент

так,

что

си­

ловые линии проходят участки окружности'!

м е ж д у электродами .

Расстояние м е ж д у

электродами,

соседними

полосками, значи­

тельно больше толщины

стенок и с у м м а р н а я

емкость

пьезоэлемента

оказывается

много

меньшей. Б л а г о д а р я

большой

диэлектри ­

ческой

проницаемости

пьезокерамики

поле

рассеяния при поляризации весьма м а л о и

поляризация

происходит

вдоль

концентри­

ческих

окружностей

практически

на

всем

Р:ис. 4.53. Кольцевой

протяжении

м е ж д у электродами . Пр и рав ­

номерном сжатии р а д и а л ь н ы м и

силами

эле­

пьезоэлемент с поля­

ризацией

вдоль

на­

мент работает с использованием

продольно ­

правляющей

го пьезоэффекта . Число

полосовых

электро­

дов в этом случае может быть

подобрано

так, чтобы

о б щ а я

емкость этого устройства р а в н я л а с ь

емкости

вхо­

да, что будет соответствовать условию (4.128).

Излучатели из пьезоэлементов создают на выходе мощного

уси­

ческого резонанса, где резко

увеличивается кинетическое

сопротив­

ление

и характер

нагрузки,

создаваемой пьезоэлементом,

прибли ­

ж а е т с я

к чисто активной.

4.15. Э Л Е К Т Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Й

Г Е О Ф О Н

О б щ и е з а м е ч а н и я

К о л е б а н и я

грунта, на

котором

ведется

строительство

зда­

ний,; п е р е д а ю т с я

ф у н д а м е н т а м и корпусу здания, в ы з ы в а я

неже­

л а т е л ь н ы е в и б р а ц и и . О с а д к а

и о б р а з о в а н и е

трещин в горных по­

его д е ф о р м а ц и я

под действием ускорений массивной части реги­

стрируется б л а г о д а р я пьезоэффекту .

Д л я полной

характеристики сейсмических колебаний следует

пространения

и, к а к правило, х а р а к т е р волны

(продольная,

попе­

речная или поверхностная)

т а к ж е

заранее известны. Тогда

м о ж н о

ограничиться

измерением

одной

компоненты

вектора смещений.

щения :— вертикальную и две в з а и м н о перпендикулярные

гори­

зонтальные, чтобы определить

поляризацию

и характер колеба­

ний. Д л я

этой цели приходится

применять трехкомпонентные

гео­

фоны, я в

л я ю щ и е с я , по существу,

комбинацией

трех систем.

Коле ­

электрических

сигнала,

пропорциональных

соответствующим со­

с т а в л я ю щ и м

колебаний.

Д л я определения

направления прихода