книги из ГПНТБ / Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения

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

5 9.4. Тип Е8

Преобразователь USRD типа Е8 был разработан в 1950 г. как образцовый прибор для градуировки в диапазоне частот 150—2000 кГц [24]. Он используется как излучатель, гидрофон

а также его типичные частотные характеристики приведены на рис. 5.33 и 5.34.

Частота, кГц

Р и с. 5.34. Типичные частотные характеристики чувствительности преобразова­ теля Е8. М — чувствительность в свободном поле [дБ относительно' 1В/(дин/см2)], S — чувствительность по току в режиме излучения [дБ относисительно 1 (дин/см2)/А].

Пьезоэлектрический элемент выполнен в виде диска суль­ фата лития диаметром 2 см и приклеен к диску из корпрена. Приблизительное согласование импеданса кристалла с импе­ дансом коаксиального кабеля и присоединенной передающей

или приемной цепи осуществляется импульсным трансформато­ ром с отношением импедансов 20: 1. Связующей жидкостью яв­ ляется касторовое масло. Акустическое окно изготовлено из на­ турального каучука. Хотя каучук и не отличается особой проч­ ностью, но на частотах порядка мегагерц он обладает меньшим затуханием, чем неопрен или бутиловая резина. В связи с боль­ шим затуханием звуковых волн в диапазоне мегагерц правиль­ ный выбор связующей жидкости и материала-эластомера приоб­ ретает особенно важное значение. В этом диапазоне требует учета даже собственное затухание небольших объемов воды.

Р и с. 5.35. Направленность преобразователя Е8 в плоскости акустической оси.

-------- 200 кГ ц ,--------- 1000 кГц.

На высоких частотах обычно нет необходимости работать при больших гидростатических давлениях. Максимальное гидроста­ тическое давление для преобразователя тип$ Е8 составляет только 3,5- 105 Па. Интервал температур 5—35 °С.

Направленность преобразователя, иллюстрируемая рис. 5.35, близка к теоретической направленности экранированного поршня диаметром 2 см. Выше примерно 500 кГц основной ле­ песток становится очень узким • и появляется необходимость в очень точной подвеске гидрофона.

Миллиметровые волны на высоких частотах выдвигают много конструктивных проблем. Представьте себе, например, как можно сконструировать ненаправленный гидрофон, достаточно малый по сравнению с длиной волны, если длина волны равна всего лишь 1 мм! Если же ограничиться ненаправленной диаграммой только в одной плоскости, рассчитывая воспользоваться для этого керамическим цилиндром, размеры которого соизмеримы