Гидроакустические преобразователи

Электрические и акустические измерения, описанные в этой книге, служат для градуировки, испытаний или оценки гидроакустических преобразователей, а также для обеспечения непосредственного излучения, обнаружения и измерения акустических сигналов в воде, выражаемых обычно в единицах звукового давления. И те и другие измерения мы будем относить к подводным электроакустическим измерениям. [c.9]

Акустические окна и обтекатели, экраны, отражатели, поглощающие покрытия и объемные поглотители звука нужны для обеспечения работоспособности подводных электроакустических преобразователей при их применениях и испытаниях. Методы и средства оценки таких вспомогательных материалов во многом сходны с методами, применяемыми при градуировках гидроакустических преобразователей. Поэтому мы включили в книгу главу об измерениях и оценках свойств таких материалов, хотя эти измерения носят скорее акустический, чем электроакустический характер. [c.320]

Пьезоэлектрический эффект зависит от состояния вещества кристалла. При механической деформации материала на поверхностях кристалла появляются электрические заряды противоположного знака. Значения зарядов пропорциональны значению деформации, а полярность изменяется при смене сжатия па растяжение (и наоборот). Соответственно приложенное электрическое поле приводит к пропорциональной механической деформации кристалла, которая меняет свой знак с изменением полярности электрического поля. В первых образцах гидроакустических преобразователей, применявшихся как в качестве гидрофонов, так и излучателей, использовались пьезоэлектрические свойства кварца и кристаллов сегнетовой соли. [c.62]

Керамические материалы также могут обладать пьезоэлектрическими свойствами. В естественном состоянии керамические материалы по структуре представляют собой поликристаллы и пьезоэлектрических свойств не проявляют. Условия меняются, если при высокой температуре керамический элемент поместить в статическое электрическое поле. Элемент при этом растягивается в направлении поляризации поля и сжимается в перпендикулярном направлении. Смещение сохраняется и после прекращения действия электрического поля. Последующие воздействия электрического поля той же полярности вызывают растяжение в этом направлении, а изменение полярности поля приводит к сжатию. Такое поведение имеет линейный характер, если значение приложенного поля меньше первоначального значения поля поляризации. Механическое сжатие вдоль линий поля создает электрическое напряжение некоторой полярности, а растяжение — противоположной. Отметим, что в случае линейного характера взаимодействия деформации не должны превосходить смещений, образуемых в направлении первоначальной поляризации. Поскольку керамическим материалам можно легко придавать различные формы, в гидроакустических преобразователях звукового и низкочастотного диапазонов они почти полностью заменили используемые ранее кристаллы. [c.62]

Принципы работы гидроакустических преобразователей из пьезоэлектрических керамических материалов показаны на примере исследования электроакустических свойств простого [c.62]

Освоение Мирового океана потребует широкого выпуска гидроакустических преобразователей различных типов и назначений. Цель этой книги — содействовать решению этого вопроса. [c.11]

Одна из наиболее распространенных конструкций современных гидроакустических преобразователей и образующих ее функциональных узлов изображена на рис. 1.9. [c.22]

Гидроакустические преобразователи предназначены для работы в морской воде в течение длительного времени. Опыт эксплуатации преобразователей показывает, что одна из распространенных причин отказа — ухудшение электрических параметров преобразователей из-за увлажнения изоляции активного элемента. Объясняется это как разрушением герметичной оболочки преобразователя, так и увлажнением электрической изоляции активного элемента в результате диффузии воды через полимерные детали герметизирующей оболочки. [c.69]

Магнитно-мягкие сплавы с повышенными значениями применяют в ультразвуковой и гидроакустической аппаратуре для изготовления излучателей, ультразвуковых преобразователей энергии, электромеханических фильтров и линий задержки в электрических цепях. Оптимальное применение каждого сплава определяется комплексом магнитных и механических свойств и постоянством магнитной проницаемости, коэффициента магнитной связи к, резонансной частоты при различной температуре. Показатели свойств сплавов приведены в табл. 2.1.3. Коэффициент магнитной связи к характеризует энергетические соотношения при магнитострикционных колебаниях. Для единицы объема сплава (без учета магнитных и механических потерь) [c.379]

В отечественной практике гидроакустических измерений пользуются выражением чувствительность преобразователя в режиме излучения , которому мы и будем следовать в дальнейшем изложении.— Прим. ред. [c.16]

Метод взаимности в трубе удобен для градуировки резонансных преобразователей в замкнутых камерах при высоких уровнях статического давления. В Лаборатории гидроакустических измерений ВМС имеется труба длиной 15 м и диаметром 38 см для гидростатических давлений до 58,6 10 Па (600 атм) и частот от 40 до 1500 Гц, а также труба длиной 2,4 м и диаметром 20 см для гидростатических давлений до 69-10 Па (700 атм) и частот от 10 до 4000 Гц. [c.52]

Простого критерия для определения минимальной приемлемой глубины для проведения измерений в водоеме не имеется. Требуемая глубина зависит от типа преобразователя, вида и точности измерений, от частотного диапазона и режима работы импульсного или непрерывного. Однако опыт работы ряда гидроакустических лабораторий на разных полигонах позволяет сделать несколько выводов общего характера. [c.129]

На рис. 4.24 показана очень большая решетка для создания однородного ближнего поля. Она предназначена для градуировки крупногабаритных преобразователей гидроакустических [c.243]

Многочисленные исследования были посвящены изучению характеристик керамики в различных условиях окружающей среды, с которыми приходится сталкиваться при проведении гидроакустических измерений. Свойства керамики не могут быть, так Же предсказаны, как свойства кристаллов, поскольку керамика по составу и технологии изготовления не одинакова. Однако если конструирование керамических преобразователей происходит при тщательном контроле за качеством керамики и при строгом ее отборе, то такие преобразователи отличаются стабильностью во времени и в заданных пределах изменения теМ пературы и гидростатического давления. [c.268]

Преобразователь другого типа, в виде тонкостенной трубки, разработан Гидроакустической лабораторией ВМС в Нью-Лон-доне (штат Коннектикут) [10]. Внутри трубки помещается постоянный стержневой магнит и катушка провода, намотанного на деревянный стержень. [c.269]

Трубчатые преобразователи использовались на кораблях ВМС для контрольной поверки гидроакустических станций. В последнее время они заменены керамикой. [c.270]

Электродинамические преобразователи находят применение в звуковом диапазоне частот и, как правило, имеют чувствительность по току в режиме излучения порядка 50—60 дБ относительно 1 дин/см на расстоянии 1 м при силе тока 1 А. Как гидрофоны электродинамические преобразователи имеют ограниченное применение, поскольку с увеличением частоты растет их электрический импеданс и падает чувствительность в свободном поле. Они обычно не используются в качестве гидроакустических звукоприемников, за исключением градуировки методом взаимности, гд они применяются в качестве взаимных преобразователей. Применяя эти преобразователи для градуировки, стараются уходить выше их основной резонансной частоты, поскольку на резонансе они иногда проявляют нелинейные свойства. [c.272]

Прибор РЗб был разработан в 1965 г. в Лаборатории гидроакустических измерений ВМС как универсальный гидрофон многоцелевого назначения. Он универсален в том смысле, что достаточно стабилен и может служить образцовым лабораторным прибором, а также достаточно прочен в условиях применения на корабле. Его можно использовать и как взаимный преобразователь или как излучатель на высоких звуковых и низких [c.276]

Под словом материал здесь подразумеваются акустическое окно, отражатель, экран, поглощающее покрытие, материалы для объемных акустических поглотителей или любая их комбинация, Однако в большинстве измерений мы оцениваем не сам материал, а конструкцию или определенный образец, размеры, форма и способ крепления которого влияют на результат. Иногда этот образец представляет собой отдельное изделие, например обтекатель гидроакустической станции или окно преобразователя. В другом случае он является частью оборудования, например секцией конструкции поглощающего покрытия. Как мы увидим, из пяти перечисленных случаев только для объемных поглотителей результат не зависит от размеров и формы конкретного образца, но даже и тогда понятие объемное поглощение должно быть строго определено (разд. 6.5). [c.320]

Прослежен путь развития гидроакустических систем. Рассмотрены вопросы излучения, рефракции, отражения и приема акустических колебаний в неоднородных средах. Приведены данные об акустических преобразователях и антеннах. Особое внимание уделено применению аналоговых и дискретных методов Фурье для описания и обработки случайных процессов и пространственной фильтрации. [c.4]

В гидроакустике преобразователь, предназначенный для создания электрического сигнала при воздействии акустических колебаний, называется гидрофоном. Он является основным приемным элементом гидроакустических антенн (ГА). Гидрофоны звукового диапазона частот работают в широкой полосе частот. Их габариты малы по сравнению с длиной акустической волны для наибольшего значения частоты. В ультразвуковом диапазоне размеры гидрофона соизмеримы с длиной волны. [c.61]

Эти материалы для- практических целей активно исследовали Абу Киёси и проф. Танака Тэцуро из университета Киото. Материалы на основе титаната бария широко используются для изготовления ультразвуковых вибраторов, гидроакустических преобразователей, би-морфных элементов. [c.301]

К кристаллам, использовавшимся в гидроакустических преобразователях, относятся АОР, сульфат лития, сегнетова соль,, кварц, турмалин. Из этих кристаллов только сульфат лития и АВР еще продолжают применяться в образцовых преобразователях. Поскольку эти два типа кристаллов используются в двух основных конструкциях кристаллических преобразователей, эти кристаллы используются в последующих примерах. Кристаллы сульфата лития и турмалина в форме дисков или пластин работают на всестороннее сжатие, т. е. используются их постоянные gh и йь и они не нуждаются в акустически мягком материале на боковых поверхностях. Как показано в разд. 5.3, при воздействии на все поверхности кристаллов чувствительность сульфата лития снижается только приблизительно на 20%. С другой стороны, кристаллы АОР, сегнетовой соли и кварца требуют акустической защиты некоторых поверхностей мягким материалом (например, корпреном, пористой резиной, бумагой и т. д.). Использование защиты из акустически мягкого материала ограничивает величину допустимого гидростатического давления, поскольку этот материал, как правило, не может быть одновременно акустически мягким и статически твердым. [c.264]

Возможность применения магнитострикции в гидроакустических преобразователях, вероятно, впервые была осознана в 20-х годах Пайерсом и его сотрудниками в Гарварде. [c.269]

Эти уравнения справедливы только тогда, когда значения и механического и акустического импедансов определяются массой, а диафрагма преобразователя мала по сравнению с длиной волны. Механический импеданс определяется массой на частотах выше основного резонанса массы подвески и ниже резонанса изгибных колебаний диафрагмы. Акустический импеданс или импеданс излучения на частотах, при которых размеры диафрагмы малы по сравнению с длиной волны в воде, является, как правило, инерционным сопротивлением массы. Вопросы применимости к гидроакустическим преобразователям метода Райса—Келлога подробнее рассмотрены Симсом [16]. [c.271]

Особый интерес для возбуждения гидроакустических сигналов представили явления, связанные с образованием механических сил при действии электрических или магнитных полей. Сила воздействия на ферромагнитные материалы магнитного поля была известна очень давно. В 1819 г. Г. Эрстед показал, что вокруг проволоки, по которой протекает электрический ток, образуется магнитное поле. В 1831 г. М. Фарадей открыл индукцию электрического тока в проводе при протекании электрического тока в расположенной рядом катушке. В 1840 г. Дж. Джоуль количественно оценил магнитострикционный эффект, измерив размеры изменения магнитного материала прн воздействии магнитного поля. В 1880 г. братья Кюри открыли пьезоэлектрический эффект, состоящий в появлении электрических зарядов на поверхности некоторых типов кристаллов прп наличии механических напряжений [5]. Был открыт и обратный эффект, связанный с возникновением механической деформации кристаллов при воздействии на них электрического поля. Магни-тострикция и пьезоэлектрический эффект, а такл-се их воздействие на арматуру электромагнита стали основой для разработки конструкций большинства гидроакустических преобразователей. [c.9]

Способ преобразования энергии определяет вид местных уравнений, связы-цих параметры электрических и механических сторон преобразователей, астности, для пьезоэлектрических преобразователей такие уравнения могут, представлены в нескольких формах [55], из которых наиболее удобна для (иза эффективности большинства гидроакустических преобразователей слг-щая [c.19]

Pii . 2. 10. Полная (а) и упрощенная (б) эквивалентные схемы гидроакустического преобразователя. [c.44]

Сплавы с большой магнитострикцией используют в ультразвуковой и гидроакустической аппаратуре для изготовления излучателей, ультразвуковых преобразователей энергии, линий задержки в электрических цепях и электромеханических фильтров. Применение каждого магнитострикцион-ного сплава определяется комплексом магнитных и механических свойств, а также сохранением этого комплекса во всем интервале рабочих температур. Коэффициент магнитной связи к = -Ei/ 2 показывает, какая доля подведенной магнитной или механической энергии Е2 преобразуется соответственно в механическую или магнитную энергию Е (без учета магнитных и механических потерь). [c.549]

К основным пьезоэлектрическим материалам, в частности, относятся кварц 8102 (преобразователи различного назначения), дигидрофосфат аммония Ш4Н2Р04 (элементы излучателей в гидроакустической аппаратуре, микрофонах и др.), виннокислый калий (КВ) К2С4Н4Об 0,5Н2О (резонаторы, фильтры дальней связи), ниобат лития Ь1№0з (преобразователи различного назначения, излучатели и приемники ультразвуковых колебаний СВЧ-диапазона). [c.674]

ЭХОЛОТ — гидроакустический навигационный прибор для измерепия глубины дна водоемов с помощью гидроакустич. эжо-сигнала. Действие Э. основано на измерении времени запаздывания т ультразвукового импульса, отраженного от дна, относительно момента его излучения. Глубина дна /г = ст/2, где с — скорость звука в воде. Б схеме типового Э. (рис.) мотор 1 через редуктор 2 с постоянной скоростью вращает барабан самописца 3, на к-ром по винтовой линии укреплена металлич. проволока, касающаяся пишущей линейки 5. Параллельно линейке расноло кена шкала глубин 6. Бумажная лента, на к-рой электротермия. способом производится запись глубин, продвигается между барабаном и пишущей линейкой. Когда винтовая линия касается линейки у нулевой отметки шкалы глубин, кулачок 4, вращающийся синхронно с барабаном 3, размыкает катушку реле Р, в результате чего якорь Я замыкает через контакты /Г цепь конденсатора С и обмотки электроакустического преобразователя — излучателя И. Нри этом происходит излучение ультразвукового импульса. Отраженный от дна импульс возбуждает в преобразова- [c.538]

Монография Р. Боббера посвящена теории и практике гидроакустических измерений. Книга -содержит также описание оригинальных работ самого автора — известного специалиста США в области гидроакустики. Основное внимание автор уделил градуировке гидрофонов (и излучателей), так как она неразрывно связана с проблемой измерения звука (главным образом звукового давления) в воде и по существу определяет уровень точности всех гидроакустических измерений. Кроме того, при градуировке преобразователей наиболее отчетливо-проявляются специфические особенности условий среды, зависящие от частоты. [c.5]

В 1940 и 1941 гг. Маклин [26] и Кук [27] независимо друг от друга разработали методы градуировки электроакустических преобразователей на основе принципа взаимности. Для реализации этих методов требовалось провести только электрические измерения и использовать несколько легко определяемых постоянных. Метод градуировки с использованием принципа взаимности оказался важным научным достижением, которое продвинуло вперед научные основы градуировки преобразователей гидроакустических станций. Летом 1942 г., спустя несколько месяцев после организации Лаборатории гидроакустических измерений, она начала изучать и проверять экспериментально основы градуировки с использованием лринципа взаимности и установила, что этот метод является точным и надежным способом испытаний и оценки преобразователей гидроакустических станций. [c.11]

В период с 1942 по 1945 г. разработка методов градуировки, испытания и оценки преобразователей гидроакустических станций в Лаборатории гидроакустических измерений [17], в специализированных лабораториях Гарвардского [19] и Калифорнийского университетов [20] продвигалась очень быстро. Метод градуировки си спо л ьзован и ем принципа взаимности был постав--лен на прочную теоретическую и экспериментальную основу. Были разработаны практические процедуры проведения измерений в мелководных озерах и бассейнах. [c.11]

Гидроакустическая лаборатория Массачусетского технологического института разработала гидрофоны на сегнетовой соли и конденсаторную гидрофонную систему, в которой используется принцип модуляции несущ.ей частоты при помош,и импедансной мостовой схемы. Фирма Браш девелопмент создала несколько типов широкополосных пьезоэлектрических преобразователей. Гидроакустическая лаборатория Гарвардского университета использовала явление магнитострикции при создании многих типов преобразователей. Природные пьезоэлектрические кристаллы использовались в ограниченной степени (турмалин в научно-исследовательской лаборатории ВМС и кварц в лаборатории фирмы Белл ), Промышленные организации типа фирм Саб-марин сигнал , Джен ера л электрик , Сангамо электрик и Рэдио корпорейшн ов Америка также внесли свой вклад в развитие гидроакустической техники. [c.12]

Вся приведенная здесь теория относится к рассмотрению давления в точке или на оси в ближнем -поле. Создание однородного давления в ближнем поле в достаточно большом объеме для градуировки преобразователя гидроакустической станции составило суть конструкции решетки Тротта. [c.229]

Преобразователь Р37 — модификация РЗб, предназначенная для работы на более высоких частотах. Преобразователь ТК-205/ШСМ также является модификацией преобразователя РЗб он используется ВМС в корабельных условиях для контроля характеристик корабельных гидроакустических станций. При проведении контрольных измерений преобразователь ТК-205/ / ОМ опускается на кабеле с борта корабля на глубину расположения преобразователя подкильной гидроакустической станции. Характеристики работы станции определяются по данным излу- чения и приема контрольных гидроакустических сигналов преоб- [c.282]

В этот период частотный диапазон активных гидроакустических систем преимущественно составлял 10. .. 30 кГц. Это выше частотного диапазона большинства собственных шумов судна. Кроме этого, на таких частотах можно сформировать узкий луч излучаемой акустической энергии при умеренных линейных размерах антенны. В разработанных в Англии преобразователях использовали пьезоэлектрические элементы, аналогичные тем, которые применил Ланжевен. В США для излучения ультразвуковых импульсов применяли магнитострикционные преобразователи. По другим, входящим в состав гидроакустических систем элементам, системы, разрабатываемые в США и Англии, были аналогичными и основывались на принципах эхолокации, предложенных П. Ланжевеном, Конечно, быстрое развитие электровакуумной технологии, стимулируемое бурным ростом радиопромышленности, привело к повышению наделсности работы и улучшению технических характеристик электронных блоков гидроакустических систем. [c.16]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...