Электроакустические пьезопреобразователи и антенные решетки. Учебное пособие

вводя соответству

ие амплитудно-фазов е распределения электричес-

ки напряжений,

воз ужда

и прео разователи, в одя ие в состав

гидроакустической антенн .

Под коэффициентом осевой концентрации

Основн е

арактеристики приемной гидроакустической антенн

: а-

рактеристика направленности (диаграмма направленности), коэффи-

циент осевой

концентрации,

поме оустойчивость и чувствительность.

изотропном

(постоянном во все

направления

)

поле поме

поме оус-

тойчивость гидроакустической антенн

равна коэффициенту ее осевой

концентрации. Нео

одим

й уровень чувствительности приемной гидро-

акустической антенн

определяется из условия заданного прев

ения

на ее в оде напряжения от

умов моря над напряжением от электри-

чески

умов усилителя.

ЕТ-

ИДРОАКУСТИ ЕСКА

ФАЗИРО АННА

АНТЕННА

РЕ

КА –

фазированная антенная ре

етка, состоя

ая из совокупности пре-

о разователей, сигнал

котор

склад

ва тся с заданн ми сдвигами по

фазе,

о еспечива

ими формирование и управление тре уемой аракте-

ристикой направленности.

– электроакустичес-

ИДРОАКУСТИ

ЕСКИ

ПРЕОБРАЗО АТЕ

кий прео разователь,

предназначенн

й для излучения и (или) приема

сигналов в водной среде.

идроакустический прео разователь ра отает

в составе гидроакустически

антенн в режима

излучения, приема или

приема-излучения.

идроакустические прео разователи о

чно состоят

из элементов прео разования энергии (активного элемента), а также эле-

ментов, о еспечива

и и крепление, электроизоляци

, герметизаци ,

ме аническое упрочение и экранирование.

По виду физического эффекта,

лежа

его в основе используемого спосо а прео разования энергии, наи о-

лее

ирокое применение получили пьезокерамические гидроакустичес-

кие прео разователи,

о еспечива

ие в

соку

эффективность гидро-

акустической антенн

. Для формирования нео

одим

арактеристик

направленности антенн активн е элемент

гидроакустически

прео ра-

зователей использу т низ ие форм

коле аний цилиндров, пластинок и

составн

стержней.

Основн

е арактеристики излучателей: резонансная частота, ра очее

гидростатическое давление, волнов

е размер излуча

ей повер ности,

излучаемая мо ность, удельная (отнесенная к единице излуча

ей по-

вер ности) излучаемая мо ность, электроакустический КПД,

ирина по-

лос

пропускаем

частот (или ме аническая до ротность), в одное со-

противление. Основн е арактеристики приемников: чувствительность

олостого ода, удельная чувствительность (или порогов й сигнал), вол-

нов

е размер , а также заданная равномерность амплитудно-частотной

и фазочастотной

арактеристик.

– о ласть пространства, лежа ая вне

ДА

НЕЕ ПО Е АНТЕНН

сфер

радиуса R, удовлетворя

его неравенству R >> 2D2/λ, где D − раз-

мер антенн , λ − длина волн

в среде; антенна расположена в центре

сфер

;

в указанной о ласти, иногда наз ваемой о ласть дифракции

фронтов. олнов е фронт

(цилиндрические, сферические и т. п.) явля-

тся повер ностями равн

фаз с неизменной по фронту амплитудой.

направления , нормальн

к волнов м фронтам, проис одит рас-

пространение энергии волнов

полей. о ласти дифракции Фраунго-

фера полное поле, создаваемое антенной, может ть представлено как

житель, завися

ий от угла между направлением на точку на л

дения и

нормаль

к апертуре, а также от волнов

размеров антенн .

делен-

н й множитель при поле сферической волн

пропорционален

аракте-

ристике направленности антенн . клад этого множителя в о

ее поле

учит

вает интерференционн е эффект

, возника ие в точке приема

при сложении (суперпозиции) первичн

волн, излучаем

элемента-

ми антенн , с учетом относительного запазд

вания сдвига фаз интерфе-

риру

и

волн.

арактеристики направленности антенн, измеряем в

ся в полной мере и к приемн

м антеннам.

КО ФФИЦИЕНТ НАПРА

ЕННО О ДЕ СТ И АНТЕНН – от-

н . Равнозначен термин «коэффициент осевой концентрации».

КРУ

ПОР НЕ О ИЗ У АТЕ

– устройство, осу

ествля-

ее воз уждение акустически коле аний в упругой окружа

ей среде

с помо ь

ме анической коле ательной систем в виде круглого диска,

нимать) звуков е волн

в одни

направления

в оль ей степени, чем

в други . Направленн

е антенн

арактеризу

тся коэффициентом на-

ОБРАТИМ

ЕКТРОАКУСТИ ЕСКИ

ПРЕОБРАЗО АТЕ

–

прео разователь, используем

й как в режиме излучения, так и в режиме

приема акустически

сигналов.

Боль

ая часть гидроакустически систем активного действия (гидро-

локатор

, р

олокатор

и т. д.) использует одни и те же прео разователи

в режиме излучения и приема.

– электроакустичес-

П ЕЗОКЕРАМИ

ЕСКИ

ПРЕОБРАЗО АТЕ

кий прео разователь,

в котором прео разование электрической энергии

в ме аническу

(и нао орот)

осу ествляется за счет явления пьезоэф-

фекта.

современн

пьезоэлектрически прео разователя использу т

активн е элемент

из пьезокерамики, пьезополимеров и пьезокристал-

лов. Наи олееэффективн и

ирокоприменя

тся вгидроакустикепьезо-

электрические прео разователи,

использу

ие пьезокерамику составов

ЦТБС-3 (излучатели и о ратим

е прео разователи) и ЦТСН

-1 (прием-

ники).

электроакустике на одят оль ое распространение

ирокопо-

лосн е пьезоэлектрические прео разователи,

использу

ие низкодо ро-

тн й пьезополимер.

–

СТЕР

НЕ О

П ЕЗО

ЕКТРИ ЕСКИ

ПРЕОБРАЗО АТЕ

о ратим

й

гидроакустический

прео разователь,

активн м

элементом

(или активной часть

) которого является длинн

й пьезокерамический

стержень, ра ота

ий в

оль

инстве случаев на низ

ей моде продоль-

менение пьезокерамические полуволнов

е стержнев е прео разователи

с развитой излуча

ей накладкой. Для ра от

на низки частота

в це-

ля

снижения длин

прео разователя использу

т пьезоэлектрические

стержни с развит ми т

льн ми металлическими накладками. При этом

в целя

снижения т

льного излучения масса т

льной накладки

вает в

несколько раз

оль

е, чем излуча

ей. Для о еспечения ме анической

прочности накладки и активн

й элемент скрепля

т друг с другом

олто-

в

м соединением.

оль инстве случаев стержневой пьезоэлектричес-

кий прео разователь использу

т в качестве излучателей или о ратим

прео разователей.

ЕННОСТИ (ДИА РАММА НАПРА -

АРАКТЕРИСТИКА НАПРА

ЕННОСТИ)

АНТЕНН

– один из важней

и

параметров гидроакус-

тической антенн , определя

ий ее пространственну

из ирательность.

арактеристикой направленности излуча

ей антенн

наз ва

т отно-

ение давления p( ,

),

развиваемого антенной в дальнем поле на одном

и том же расстоянии r от центра антенн

в произвольном направлении

вектора r, соответству

ем углам

, , к давлени

, развиваемому этой же

антенной в некотором фиксированном направлении r0, соответству

ем

углам

0, 0.

арактеристикой направленности приемной антенн

наз -

телей на сумматоре. Сечение арактеристики направленности некоторой

плоскость

(о

чно горизонтальной или вертикальной) может

ть пред-

ставлено в полярной или декартовой системе координат.

арактеристику

направленности о

чно опис ва

т ириной главного максимума и уров-

нями до авочн

максимумов, котор

е зависят от волнов

размеров

прео разователей, расстояния между и

центрами и вида амплитудно-фа-

зового распределения коле ательн

скоростей излучателей и электри-

чески напряжений приемников.

арактеристики направленности одной

и той же антенн

в режима излучения и приема одинаков

, если амп-

литудно-фазов

е распределения и ме анические сопротивления не меня-

тся при пере оде из одного режима в другой. Направленность антенн

зависит от арактеристик прео разователей, и

количества и взаимного

расположения.

– отно ение в одно-

У СТ ИТЕ НОСТ ПРЕОБРАЗО АТЕ

режиме приема

(отно ение в одного электрического напряжения в ре-

жиме олостого

ода к звуковому давлени в месте расположения пре-

о разователя при его отсутствии (чувствительность по пол )) и чувстви-

тельность электроакустического прео разователя в режиме излучения

(отно ение звукового давления, создаваемого прео разователем на за-

данном расстоянии, к току воз уждения).

Иногда рассматрива т чувс-

твительность в режиме приема по давлени

(отно ение напряжения в

режиме олостого ода к звуковому давлени

, действу ему на прео ра-

зователь), и в режиме излучения (отно

ение давления, создаваемого пре-

о разователем на заданном расстоянии,

к электрическому напряжени

воз уждения).

–

отно ение излучаемой актив-

ЕКТРОАКУСТИ ЕСКИ КПД

ной акустической мо ности антенн

(прео разователя) к потре ляемой

1.

Айзенберг, А. П. Измерение в зоне Френеля ДН антенн

ре еток мето-

дом фокусировки [Текст] / А. П. Айзен ерг // Радиоте ника. – 1976. – № 10. –

С. 35

40.

2.

Боровиков, В. А. еометрическая теория дифракции [Текст] /

. А. Боровиков,

Б. Е. Кин ер. – М. : Связь, 1978. 212 с.

3.

Доля, В. К. Контроль параметров пьезопрео разователей в составе измери-

тельн

трактов [Текст] /

. К. Доля, . . Земляков // Пьезоэлектрические

и родственн е материал

: Физика. Те нология. Применение в при ора . –

4.

1990. – № 9. – С. 128 134.

ей проводи-

Земляков, В. Л. Измерение пьезомодуля по активной составля

мости пьезокерамического элемента [Текст] / . . Земляков // Измерительная

те ника. – 2009. – № 8. – С. 64–66.

6. Земляков, В. Л. Метод

определения параметров пьезорезонаторов и и

реализация средствами

labview [Текст] : уче . посо ие / . . Земляков,

по давлени

из измерений в зоне Френеля [Текст] / .

. Земляков, С. . Нике-

ин // Акустический журнал. – 1983. – № 5. – С. 615 618.

9.

Земляков, В. Л. О фазов

арактеристика

антенн в зоне Френеля [Текст] /

.

. Земляков // Антенн . – 1981. – № 29. – С. 143 147.

10.

Колесников, А. Е. Акустические измерения [Текст] / А. Е. Колесников. –

. : Су-

11.

достроение, 1983. – 312 с.

Лабецкий, Э. В. Определение параметров антенн по результатам измерений в

квазисферическом поле [Текст] / . .

а ецкий, А. А.

нпольский //

опрос

12.

судостроения. – 1981. – № 60. – С. 43 53.

лижней зоне [Текст] /

Метод измерений параметров излуча

и

систем в

13.

. Д. Ба ра

[и др.]. – . : Наука, 1985.

272 с.

слового флота [Текст] /

Орлов, Л. В.

идроакустическая аппаратура р

опром

.

. Орлов, А. А. а ров. –

. : Судостроение, 1987. – 222 с.