Электроакустические пьезопреобразователи и антенные решетки. Учебное пособие

ВВЕДЕНИЕ

................................................................................................

5

МОДУЛЬ 1. ..............ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКИЕ ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

9

1.1. О

ая

арактеристика электроакустически

9

пьезопрео ............................................................разователей

1.2. О ..............................

ая

арактеристика пьезоэлементов

12

1.3.

лектрическая ........проводимость пьезоэлемента и АП

17

1.4.

лектрические, электроакустические и акустические

23

параметр ......................................................................

АП

Практическое ..............................................задание к модул

1

30

Тестов ......................................................

е задания к модул

1

32

МОДУЛЬ 2. ............................................................АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ

35

2.1. О ........................

ая

арактеристика антенн

ре еток

35

2.2. Прям ..................................

е метод

определения ДН АР

39

2.3. Косвенн ..............................

е метод

определения ДН АР

40

2.3.1. Метод

, в котор

ДН измеряется

41

...............................

непосредственно в

лижней зоне

2.3.2. Метод

,

основанн

е на зондировании лижнего

43

2.4.

..........................................................................

поля АР

лияние раз росов параметров и отказов АП

49

на ...............................................................................поле АР

2.5. Пример компь

терной программ

моделирования

52

акустически ..........................................

арактеристик АР

Практическое ..............................................задание к модул

2

58

Тестов ......................................................

е задания к модул

2

59

МОДУЛЬ 3. .......................ИЗМЕРЕНИЕ И КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭАП

61

3.1. О ............................................................

ий контроль

АП

61

3.2. Контроль ........

АП

ез откл

чения от аппаратной части

62

гидроакустически

средств для целей исследования и освоения

океана связано с тем,

что акустические волн явля тся практи-

чески единственн

м типом волн, распространя имся в водной

среде на значительн е расстояния.

идроакустические средства,

действие котор

основано на использовании акустически

волн в

воде, в полня т сам

е разноо разн

е функции, основн

ми сре-

ди котор

явля

тся:

гидроакустическая разведка, о еспечива-

ая с ор и о ра

отку информации, содержа ейся в различн

гидроакустически

сигнала ;

умопеленгование – о наружение

источника гидроакустически

сигналов и определение его углов

координат; гидролокация – о наружение источника отраженного

сигнала, определение его координат и параметров движения; гид-

роакустическая связь.

ое гидроакустическое средство можно условно раз ить на

две составн

е части:

ая с во-

–

акустическая часть, непосредственно контактиру

дой и содержа

ая подводн

е электроакустические прео ра-

зователи (

АП), как правило, пьезоэлектрического типа,

ра-

ота

ие изолированно или группами в составе антенн

–

ре еток (АР);

аппаратная часть, содержа

ая радиоте нические устройства

(генератор , усилители,

фильтр и т. д.), и о еспечива

ая

формирование,

о ра отку электрически сигналов, а также

ото ражение информации,

передаваемой на АП или АР

ли о поступа

ей с ни .

Основн

ми задачами при проектировании и конструировании

АП явля

тся:

в ор типа конструкции, материалов и расчет раз-

меров деталей,

о еспечива

и

тре ования к эффективности и

надежности прео разователя при минимальной его стоимости.

Активн

й элемент прео разователя состоит, как правило, из со-

вокупности простей

и пьезоэлементов, соединенн

друг с дру-

гом с помо

ь клея.

Такой спосо

построения активного элемента

нео

одимости может

ть пов

ена путем наложения на него

специальн

сжима

и

напряжений, создаваем

элементами

армирования.

процессом,

Изготовление

АП является

довольно сложн

м

вкл

ча

им в се я такие физико-

имические и ме анические

операции,

как склейка,

лифовка,

пропитка,

заливка,

сварка,

тамповка, прессовка и вулканизация материалов.

Многоо рази

конструкций прео разователей, естественно, со-

ответствует и многоо разие те нологически операций по и

изго-

товлени .

Однако независимо от типа конструкции прео разовате-

лей в

оль

инстве случаев при и

изготовлении осу

ествля

тся

следу

ие основн е те нологические операции:

1.

Изготовление с нео

одим

ми допусками деталей, в одя

и

вразличн

еузл

прео разователей: пьезоэлементов, деталей кор-

пусов, электроизоляции,

андажей, токовводов,

контактн

плас-

тин,

лепестков.

элементов: пай-

2.

Изготовление неармированн

активн

ка лепестков к пьезоэлементам, доводка размеров активн

эле-

ментов до тре ований чертежей

(

лифовка); склейка простей

и

пьезоэлементов в сложн

е; монтаж и пайка электрически

соеди-

нений; заполнение случайно о разовав

и ся полостей пропиточ-

н ми материалами;

покр тие повер ностей активн

элементов

электроизоляционн

ми

материалами

(лаками),

о разу

ими

тонкие пленки.

элементов, вкл -

3.

лектроизоляция и армирование активн

ча

ие наложение на активн

й элемент слоев электроизоляци-

онн

материалов, удовлетворя

и

тре ованиям электрической

прочности (гетинакса, стеклонити,

резин

и др.);

наложение на ак-

тивн

й элемент армиру

его элемента (стеклонити,

андажа,

стяжки), созда

его в нем нео

одим

е напряжения сжатия;

про-

питкаармированного элемента материалами, заполня

ими слу-

чайно о разовав

иеся полости.

4.

ерметизация активн

элементов, состоя ая из заливки и

герметизиру

ими материалами (компаундами, полиуретанами

и др.)

или и вулканизации резинами. Следует отметить, что при

изготовлении некотор

конструкций операции герметизации и

армирования осу

ествля

тся практически одновременно.

Антенная ре

етка –

это совокупность совместно ра ота

и

АП (элементов ре етки),

сигнал

котор

склад

ва тся с опре-

деленн м фазов

м сдвигом, о еспечива им формирование тре-

уем

арактеристик. Для излучения и приема сигналов каж-

д й

АП или отдельная группа

АП имеет свой электронн

й

тракт.

настоя

ее время АР явля

тся наи олее перспективн

м

типом антенн.

Применение АР по сравнени

с одиночн м прео -

разователем о ладает рядом преиму еств:

во-перв

, это су

ес-

твенное увеличение излучаемой акустической мо

ности и пов -

ение чувствительности в режиме приема; во-втор

, о еспечение

в сокой пространственной из ирательности при излучении и при-

еме звука; в-третьи , возможность изменения акустически

арак-

теристик путем изменения амплитуд и фаз напряжения, воз-

ужда его АП.

Антенн е ре етки могут

ть линейн ми ли о име

ими

прео разователи, располага

иеся на плоской, цилиндрической

ренция звукового давления, создаваемого прео разователями. По-

этому направленность АР может

ть значительно в

е направ-

ленности отдельного ее

АП.

тся вопрос :

–

отличие от отдельн

АП для АР важн ми явля

определение направленн

свойств, в частности диаграмм

направленности (ДН) АР по измерениям на не оль и рас-

–

стояния , в так наз

ваемой

лижней зоне;

влияние на акустические

арактеристики АР раз роса пара-

метров или в

ода из строя

АП.

Уче ное посо ие содержит три модуля.

первом модуле приводится о ая арактеристика пьезоэле-

ментов и электроакустически

пьезопрео разователей. Подро но

рассматрива тся и

электрические, электроакустические и акус-

му ений, и поэтому для и создания и приема использу т ме а-

нические коле ательн

е систем

. Если ме анические коле ания

и акустические волн

возника

т за счет электрической энергии,

ирокое распространение получили подводн

е (гидроакустичес-

кие)

АП, поскольку только акустические волн

распространя

т-

ся в водной среде на значительн е расстояния.

АП пони-

соответствии с о епринятой терминологией под

мается устройство, которое прео разует электрическу

энерги

в

кр ть заглу

ками пространство внутри цилиндра и все покр ть

герметизиру

им покр

тием. Если таку

конструкци опустить

в воду, а соединительн

е провода подкл

чить к электрическому

По структуре коле ательной систем прео разователи делят на

стержнев е, пластинчат е, цилиндрические, сферические.

Раз ерем олее подро но показанн

е на рис. 1.1 вид коле а-

тельн систем пьезоэлектрически

АП [14].