SU750758A1 - Hydrophone - Google Patents

Hydrophone Download PDF

Info

Publication number
SU750758A1
SU750758A1 SU782577371A SU2577371A SU750758A1 SU 750758 A1 SU750758 A1 SU 750758A1 SU 782577371 A SU782577371 A SU 782577371A SU 2577371 A SU2577371 A SU 2577371A SU 750758 A1 SU750758 A1 SU 750758A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
calibration
hydrophone
voltage
frequency
signal
Prior art date
Application number
SU782577371A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Сергеевич Рытиков
Валентин Иванович Беляк
Виталий Иванович Кормановский
Евгений Георгиевич Чубаров
Original Assignee
Войсковая часть 10729
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Войсковая часть 10729 filed Critical Войсковая часть 10729
Priority to SU782577371A priority Critical patent/SU750758A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU750758A1 publication Critical patent/SU750758A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

(54) ГИДРОФОН(54) HYDROPHONE

II

.Изобретение относитс  к области гидроакустики , более конкретно - к электромеханическим приборам, преобразующим механические колебани  водной среды в электрические сигналы, и может быть использовано в подвижных и стационарных устройствах и системах подводной акустики.The invention relates to the field of hydroacoustics, more specifically to electromechanical devices that convert mechanical vibrations of the aquatic environment into electrical signals, and can be used in mobile and stationary devices and underwater acoustics systems.

Известны гидрофоны, работающие с использованием пьезоэффекта - проверка технических параметров и калибровка которых осуществл етс  с помощью встроенных калибровочных устройств 1.Hydrophones are known that work with the use of a piezoelectric effect — the verification of technical parameters and the calibration of which are carried out using built-in calibration devices 1.

Данные гидрофоны выгодно отличаютс  от щироко распространенных типов пьезокерамических гидрофонов тем, что их метрологическое обслуживание экономично, просто и не требует демонтажа гидрофона дл  создани  искусственных условий калибровки и градуировки, как это делаетс  обычно дл  типовых пьезокерамических приемников.These hydrophones compare favorably with the widespread types of piezoceramic hydrophones in that their metrological service is economical, simple and does not require dismantling the hydrophone to create artificial calibration and calibration conditions, as is usually done for typical piezoceramic receivers.

В то же врем  указанные аналоги обладают существенными недостатками:At the same time, these analogues have significant drawbacks:

- определение чувствительности гидрофонов имеет больщую погрешность до 10-f 15 дб;- determination of the sensitivity of hydrophones has a large error of up to 10-f 15 dB;

-калибровка гидрофонов прюизводитс  на узкой полосе частот, определ емой возможност ми калибровочного . излучател ;- Calibration of hydrophones is produced in a narrow band of frequencies determined by the calibration capabilities. radiator;

-градуировка гидрофонов осуществл етс  не во всем рабочем диапазоне частот приемников;- graduation of hydrophones is not carried out in the entire working frequency range of the receivers;

- динамический диапазон излз ател  калибровочного сигнала не обеспечивает высокого соотношени  сигнал/шум, что снижает эффективность и точность метрологических операций - the dynamic range of an idle calibration signal does not provide a high signal-to-noise ratio, which reduces the efficiency and accuracy of metrological operations

10 при их проведении в непосредственных услови х эксплуатации гидрофонов.10 when they are carried out under the direct conditions of operation of hydrophones.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  гидрофон, содержащий пьезокерамический чувствительный эле15 мент с металлизированной внутренней полостью , калибровочное устройство, сигнальные цепи, элементы герметизации и креплени  2.The closest in technical essence to the proposed is a hydrophone containing a piezoceramic sensitive element with a metallized internal cavity, a calibration device, signal circuits, sealing and fastening elements 2.

При всей простоте гидрофона с встроенным микротелефонным калибратором, он обладает With all the simplicity of the hydrophone with a built-in microtelephone calibrator, it has

20 р дом недостатков;20 number of drawbacks;

Claims (2)

-низкой точностью самокатшбровки и определени  чувствительности гидрофона вследствие больщой (до 12 дб) неравномерности частотНОЙ характеристики микротелефонного излучател , особенно на крайних частотах полосы излучаемого звукового сигнала; -неравномерностью диаграммы направленности излучени  калибровочного сигнала из-за особенностей конструктивного исполнейи  микротелефона; - ограниченным частотным диапазоном кали бровочного сигнала, имеющим приемлемую дл  заданной точности калибровки неравномерность частотной характеристики; -низкий динамический диапазон калиброночного сигнала, обусловленный возможност м конструкции микротелефонного излучател  и условием обеспечени  излучени  калибровочного сигнала с заданной неравномерностью час тотной характеристики; -нестабильность во времени электроакусти ческих параметров микротелефонного излучател  калибровочного сигнала, их суи ественна зависимость от колебаний температуры, влажности , вибраций и физико-химических свойств материалов, из которых изготовлен микротеле фон; -невозможность градуировки гидрофона в его рабочем диапазоне частот с помощью микротелефонного излучател  калибровочного сигнала по причинам, указагшым в пп. 1,2,3. Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение точности определени  чувтсвительности во всем его диапазоне рабочих частот гидр фона. Это достигаетс  тем, что устройство снабже но злектростаттеским возбудителем, разме- . щенным во внутренней полости пьезоэлемента и выполненным в виде металлического электр да, установленного с зазором по отношению к внутрегшей поверхности пьезоэлемента, не превышающим 0,015 своего радиуса, и соединенного с источником ПОСТОЯ1ШОГО высокого напр жени  и генератором переменного низкого напр жени  рабочих частот гидрофона. Изобретение по сн етс  чертежом. Предлагаемый гидрофон содержит пьезокерамический чувствите.пып,ш элемент 1 с внутренней полостью 2, сигнального электрода 3, соединенного с корпусом гидрофона 4, калибровочного дополнительного электрода 5, элементов креплени  и герметизации 6, источника питани  калибровочного электрода по сто нным током 7 и источника питани  калибровочного электрода переменным током 8. При калибровке и градуировке гидрофона с помощью встроенного электростатического возбудител  калибровочного сигнала на дополнительный электрод подаетс  одновременно переменное напр жение необходимой частоты и посто нное напр жение Е. 4 Мгновенное напр жение U|, приложенное к электроду равно сумме напр жений U| Е UpT sin cot. Между дополнительным электродом и металлизированной внутренней поверхностью чувствительного пьезокерамического элемента возникает равномерно распределенна  электростатическа  сила прит жени . На статическую часть этой силы пьезокерамика гидрофона не реагирует , а на переменную часть - вырабатываетс  напр жение реакции, соответствующее реакции пьезокерамики на переменное акустическое давление водной среды. При Е Urn ( 30-50) рабоча  формула дл  калибровки и градуировки гидрофона имеет вид: Рэкв. ,85.10-Мн/м, где РЗКВ. - эквивалентное акустическому электростатическое давление на поверхности пьезокерамики; Е - напр жение от источника посто нного тока, в вольтах; UITI - амплитуда переменного напр жени  от генератора, в вольтах; d - зазор между калибровочным электродом и внутренней поверхностью пьезокерамики; 8,85 10 ф/м - диэлектрическа  проницаемость воздуха в зазоре. Как видно из рабочей формулы, эффективное значение давлени  на поверхности пьезокерамики не зависит от частоты напр жени  возбуждени , что позвол ет использовать дл  градуировки гидрофона весь его рабочий диапазон частот. Чувствительность гидрофона на конкретной частоте определ етс  Вых -гилроф аналитически по формулеУ выха идроф. напр жение реакции пьезокерамики гидрофона на калибровочное воздействие , либо то же напр жение, но прошедшее усиление акустического тракта и поданное на оконечное регистрирующее устройство (вольтметр с градуировкой шкалы в единицах давлени , дб); РЭКВ. расчетное значение электростатического давлени  эквивалентного акустическому давлению водной среды определенной величинь и частоты. При выполнении услови  посто нства величины зазора между электродами во внутренней полости чувствительного элемента, погрешность самокалибровки и градуировки гидрофона во всем диапазоне его рабочих частот будет в 3 раза ниже, чем у прототипа, и составит не более ± 2 дб. 5 Предложенна  конструкци , гидрофона выго но отличаетс  по своим возможност м: -расшир етс  частотный диапазон самокалибршки гидрофона, становитс  возможной его градуировка без привлечени  дополнитель ных средств и устройств; - по вл етс  возможность оперативно осуществл ть метрологическое обслуживание гидр фона с лучшими показател ми точности определени  чувтсвительности, с повышенным отношением сигнал/шум, что обуславливает реализацию данного предложени  в системах, установленных в местах с повышенной шумностью среды; -по вл етс  возможность использовать предложен1п 1Й гидрофон в услови х большого гидростатическото давлени , так как высока  эффективность гидрофона на большой глубине достигаетс  созданием во внутренней полости электростатического противодавлени  с помошью дополнительного электрода и источника посто гшого напр жени ; -улучшаютс  показатели безотказности и долговечности калибровочного устройства, встроенного в гидрофон, так как оно уже не содержит ненадежных радиоэлементов. Предлагаемый гидрофон может быть исполь зован, например, в акустических трактах глубоководных стационарных или подвижных измерительных систем, в аппаратуре морской сейсморазведки. Использование его позволит получить положительный эффект при техническом обслуживании аппаратуры за счет оперативности , простоты и достаточной точности результатов калибровки и градуировки гидрофона непосредстве шо в услови х эксплуатации без демонтажа, привлечени  образцовых и других средств обьпшото обеспечени  метрологического обслуживани . Формула изобретени  Гидрофон, содержащий пьезокерамический чувствительный элемент с металлизированной внутренней полостью, калибровочное устройство, сигнальные цепи, элементы герметизации и . креплени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  тошости определени  его чувствительности в рабочем диапазоне частот, устройство снабжено электростатическим возбудителем , размеше1шым во внутренней полости пьезокерамического чувствительного элемента и выполненным в виде металлического электрода , установленного с зазором по отношению к . внутренней поверхности пьезокерамического чувствительного элемента, не превышающим 0,015 своего радиуса, и соедине1шога с введенными источником посто нного высокого напр жени  и генератор(м переменного низкого напр жени  рабочих частот гидрофона. Источники информащй, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3118125, кл. 340-8, публик. 1964. - low accuracy of self-rolling and determining the sensitivity of the hydrophone due to the large (up to 12 dB) non-uniformity of the frequency response of the microtelephone emitter, especially at the extreme frequencies of the band of the emitted sound signal; - the irregularity of the radiation pattern of the calibration signal due to the design features of the microtelephone; - a limited frequency range of the calibration signal, having an uneven frequency response acceptable for a given calibration accuracy; - low dynamic range of the calibration signal, due to the design capabilities of the microtelephone emitter and the condition for providing the radiation of the calibration signal with a given non-uniformity of the frequency response; - instability in time of the electroacoustic parameters of the microtelephone emitter of the calibration signal, their essential dependence on temperature, humidity, vibration and physical and chemical properties of the materials from which the micro-background is made; -the impossibility of graduating a hydrophone in its working frequency range with the help of a microtelephone emitter of a calibration signal for the reasons indicated in paras. 1,2,3. The purpose of the present invention is to improve the accuracy of determining sensitivity in its entire range of operating frequencies of the hydr background. This is achieved by the fact that the device is supplied with an elec- trostatic pathogen, size. in the internal cavity of the piezoelectric element and made in the form of a metal electrode, installed with a gap in relation to the inside surface of the piezoelectric element, not exceeding 0.015 of its radius, and connected to a source of a HIGHLY high voltage and an alternator of a low voltage operating frequency of the hydrophone. The invention is illustrated in the drawing. The proposed hydrophone contains a piezoelectric sensing sensor, a w element 1 with an internal cavity 2, a signal electrode 3 connected to the hydrophone case 4, a calibration additional electrode 5, fastening and sealing elements 6, a calibration power source 7 and a calibration power source electrode with alternating current 8. When calibrating and calibrating a hydrophone using an integrated electrostatic exciter of the calibration signal, an additional electrode is simultaneously applied to the additional electrode AC voltage and frequency required DC voltage E. 4 instantaneous voltage U |, applied to the electrode is the sum of voltages U | Е UpT sin cot. A uniformly distributed electrostatic attractive force arises between the additional electrode and the metallized inner surface of the sensitive piezoceramic element. The piezoceramics of the hydrophone does not react to the static part of this force, and the reaction voltage corresponding to the response of the piezoelectric ceramics to the variable acoustic pressure of the aqueous medium is produced to the variable part. When E Urn (30-50), the working formula for calibration and calibration of the hydrophone is: Rack. , 85.10-Mn / m, where RZKV. - equivalent acoustic electrostatic pressure on the surface of piezoceramics; E is the voltage from the DC source, in volts; UITI - alternating voltage amplitude from the generator, in volts; d is the gap between the calibration electrode and the inner surface of the piezoelectric ceramics; 8.85 10 f / m is the dielectric constant of air in the gap. As can be seen from the working formula, the effective value of pressure on the surface of piezoelectric ceramics does not depend on the frequency of the excitation voltage, which makes it possible to use its entire working frequency range for calibration of a hydrophone. The sensitivity of a hydrophone at a specific frequency is determined by the Vygilroth output analytically, using the formula Vyd Idrof. the voltage of the response of the piezoceramics hydrophone to a calibration effect, or the same voltage, but the transmitted amplification of the acoustic path and applied to the target recording device (voltmeter with graduation scale in units of pressure, dB); REKB. the calculated value of the electrostatic pressure equivalent to the acoustic pressure of the aqueous medium of a certain magnitude and frequency. When the condition of the constant size of the gap between the electrodes in the inner cavity of the sensitive element is met, the error of self-calibration and calibration of the hydrophone in the whole range of its operating frequencies will be 3 times lower than that of the prototype, and will not exceed ± 2 dB. 5 The proposed design, the hydrophone is advantageously different in its capabilities: - the frequency range of the self-calibration of the hydrophone is expanded, its calibration becomes possible without the involvement of additional tools and devices; - it is possible to promptly carry out metrological servicing of the hydro background with the best indicators of accuracy of determining sensitivity, with an increased signal-to-noise ratio, which causes the implementation of this proposal in systems installed in places with increased environmental noise; - it is possible to use the proposed 1H hydrophone under conditions of high hydrostatic pressure, since the high efficiency of the hydrophone at great depth is achieved by creating an electrostatic counterpressure in the internal cavity with the help of an additional electrode and a source of constant voltage; - The reliability and durability of a calibration device embedded in a hydrophone is improved, as it no longer contains unreliable radio elements. The proposed hydrophone can be used, for example, in the acoustic paths of deep-water stationary or mobile measuring systems, in marine seismic survey equipment. Using it will allow you to get a positive effect on equipment maintenance due to the efficiency, simplicity and sufficient accuracy of the results of calibration and calibration of the hydrophone directly under the operating conditions without dismantling, using model and other means of providing metrological service. Claims of the invention A hydrophone containing a piezoceramic sensitive element with a metallized internal cavity, a calibration device, signal circuits, sealing elements and. mount, characterized in that, in order to increase the nausea of determining its sensitivity in the working frequency range, the device is equipped with an electrostatic exciter, spaced in the inner cavity of the piezoceramic sensitive element and made in the form of a metal electrode installed with a gap in relation to. the inner surface of the piezoceramic sensitive element, not exceeding 0.015 of its radius, and the joint with the inputted source of constant high voltage and generator (m variable low voltage operating frequency of the hydrophone. Sources of information taken into account during the examination 1. US Patent No. 3118125, Cl. 340-8, published 1964. 2.Авторское свидетельство СССР № 193325, л. Н 04 R 1/44, 1966 (прототип).2. USSR author's certificate number 193325, l. H 04 R 1/44, 1966 (prototype).
SU782577371A 1978-02-08 1978-02-08 Hydrophone SU750758A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782577371A SU750758A1 (en) 1978-02-08 1978-02-08 Hydrophone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782577371A SU750758A1 (en) 1978-02-08 1978-02-08 Hydrophone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU750758A1 true SU750758A1 (en) 1980-07-23

Family

ID=20747864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU782577371A SU750758A1 (en) 1978-02-08 1978-02-08 Hydrophone

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU750758A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191559A (en) * 1990-12-05 1993-03-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Piezoelectric ceramic hydrostatic sound sensor
CN100514010C (en) * 2006-03-28 2009-07-15 中国科学院声学研究所 Hydrophone possessing on-line self calibrating function

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191559A (en) * 1990-12-05 1993-03-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Piezoelectric ceramic hydrostatic sound sensor
CN100514010C (en) * 2006-03-28 2009-07-15 中国科学院声学研究所 Hydrophone possessing on-line self calibrating function

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3283293A (en) Particle velocity detector and means for canceling the effects of motional disturbances applied thereto
US9019797B2 (en) Deghosting using measurement data from seismic sensors
ATE60667T1 (en) GROUND LISTENING DEVICE WITH AT LEAST ONE THREE-COMPONENT GEOPHONE PROBE.
US3178681A (en) Hydrophone
SU750758A1 (en) Hydrophone
SE8903202D0 (en) FOERDAEMNINGSANORDNING
US2597005A (en) Method of calibrating microphones
US3954015A (en) Method of determining piezoelectric constants of ceramic rings
US2582994A (en) Underwater microphone
JP3140468B2 (en) DIFAR sensor
CN111198282B (en) Method and system for calibrating an integrated volumetric acceleration sensor of a loudspeaker
US11467297B1 (en) Multimode hydrophone array
SU1455393A1 (en) Device for calibrating hydroacoustic transducers
SU877794A1 (en) Reversible electroacoustic transducer and method of graduating it
Viola et al. Characterisation and testing of the KM3NeT acoustic positioning system
RU2042283C1 (en) Process of calibration of sonar antenna under conditions of natural water basin
McConnell et al. Development of a high frequency underwater acoustic intensity probe
Boyer Instrumentation for measuring underwater acoustic intensity
SU668104A1 (en) Method of absolute calibration of electroacoustic transducer
JPH067167B2 (en) Sonde for measuring underground artificial elastic waves
Luker UNDERWATER SOUND REFERENCE DETACHMENT PO BOX 568337 ORLANDO, FL 32856-8337
Howarth et al. A planar‐omnidirectional sensor for broadband and high‐frequency underwater acoustic applications
SU1157462A1 (en) Accelerometer
Muller et al. Hydrophone characterization for the KM3NeT experiment
Ainsleigh et al. Multipath signal modeling for electroacoustic transducer calibration in reverberant underwater environments