ГИДРОФОН

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована в морях и океанах для измерения параметров морских шумов.
Известен гидрофон, аналогичного назначения, принятый за прототип, содержащий цилиндрический корпус, с закрепленным в нем соосным трубчатым пьезоэлектрическим элементом, переходные втулки и герметизирующие кольца, при этом один из торцов цилиндрического пьезоэлектрического элемента закрыт заглушкой, а на наружные поверхности цилиндрического корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие /Пат. США №4.178.577, кл. 367-159(Н04В 13/00), 1979/.
Недостатками прототипа являются влияние отражений принятого акустического сигнала от корпуса на результаты измерений, отсутствие экранировки гидрофона от электрических полей, слабая гидроустойчивость гидрофона и отсутствие возможности проверки работоспособности гидрофона в натурных условиях. Перечисленные недостатки влияют на надежность работы гидрофона в натурных условиях морей и океанов.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение надежности работы гидрофона за счет устранения влияния электрических полей на показания гидрофона, улучшения его диаграммы направленности за счет уменьшения влияния отражений принятого акустического сигнала от корпуса гидрофона, повышения гидроустойчивости гидрофона в морской воде и получения возможности проверки его работоспособности в натурных условиях.
Данный технический результат достигают за счет того, что известный гидрофон, содержащий цилиндрический полый корпус с закрепленным в нем трубчатым пьезоэлектрическим элементом с электродами, выведенными с помощью проводников из корпуса, и цилиндрические переходные и крепежные втулки, при этом торец трубчатого пьезоэлектрического элемента заглушен, а на внешнюю поверхность корпуса и трубчатого пьезоэлектрического элемента нанесено упругое изоляционное покрытие, дополнительно содержит ножку, соединяющую трубчатый цилиндрический элемент с цилиндрическим полым корпусом через резиновые кольца и переходную втулку, а упругое изоляционное покрытие выполнено из двух слоев акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда, между которыми нанесен металлический слой.
Металлический слой выполнен из олово-свинцового сплава.
Гидрофон может дополнительно содержать предварительный усилитель, установленный на плате, закрепленной в корпусе.
Гидрофон может дополнительно содержать электрический конденсатор, равный по емкости электрической емкости пьезоэлектрического элемента, при этом выходы пьезоэлектрического элемента и конденсатора выполнены с возможностью управляемого подключения к входу предварительного усилителя.
Гидрофон может дополнительно содержать разъем, установленный на выходе предварительного усилителя, соединенный с ним кабелем, и съемную крышку, закрепленную сверху разъема.
Соотношение длины ножки к диаметру корпуса задается не менее десяти. Сверху ножки наносится полиуретановый компаунд для придания ей обтекаемой формы.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена схема гидрофона.
Гидрофон содержит цилиндрический полый корпус 1, трубчатый пьезоэлектрический элемент 2, ножку 3, соединяющую пьезоэлектрический элемент 2 с корпусом 1 через диэлектрические втулки 4 и 5.
Имеется также экран 6, защищающий плату 7 предварительного усилителя от влияния электрических полей.
Плата 7 предварительного усилителя фиксируется в корпусе 1 диэлектрической втулкой 8 и втулкой 9, а экран 6 - диэлектрической втулкой 10.
Герметизация гидрофона осуществляется радиальными цилиндрическими кольцами 11, 12.
Снаружи гидрофон залит двойным слоем акустически прозрачного эластичного полиуретанового компаунда 13, 14. Между слоями компаунда наносится тонкий слой 15 из сплава олово-свинец, повышающий гидроустойчивость чувствительного элемента гидрофона и одновременно являющегося электрическим экраном.
Ножка 3 покрыта слоем компаунда таким образом, чтобы ее наружная поверхность носила форму хорошо обтекаемого тела.
Отношение длины ножки 2 к диаметру корпуса 1 выбирается исходя из отсутствия отражений звукового сигнала от элементов корпуса 1. Данная величина отношений (не менее 10) получена экспериментально.
Имеется винт 16, прикрепляющий пьезоэлектрический элемент 2 к ножке 3 через втулку 17 и кольцо 18.
Рядом с платой 7 предварительного усилителя закреплено реле 19. От предварительного усилителя отходят проводники 20, подсоединяемые через соединитель 21 к кабелю 22, закрепляемого в корпусе 1 с помощью втулки 23.
Кабель 22, входящий в состав гидрофона, на втором конце заканчивается разъемом 24, закрепляемого с помощью втулки 25. Для гидроизоляции имеются резиновые кольца 26.
При хранении и транспортировке гидрофона на его хвостовую часть одевается съемная крышка 27.
На плате 7 предварительного усилителя имеется конденсатор по емкости, равный емкости пьезоэлектрического элемента 2, который может подсоединяться к входу усилителя вместо пьезоэлектрического элемента. (Схема предварительного усилителя с эквивалентной нагрузкой в виде конденсатора не приведена).
Гидрофон работает следующим образом.
Устанавливают гидрофон в заданной области натурного водоема.
Гидроакустические шумы, воздействующие на чувствительный элемент гидрофона, не будут отражаться от его корпуса. При этом акустический сигнал преобразуется в электрический и усиливается в предварительном усилителе, размещенном на плате 7.
Перед работой и после работы гидрофона с помощью реле 19 к входу предварительного усилителя вместо пьезоэлектрического элемента 2 подсоединяют его эквивалент - конденсатор той же емкости. Это позволяет периодически контролировать целостность и герметичность гидрофона.
Наличие слоя 15 металлизации позволяет осуществить полную изоляцию экранирующих цепей гидрофона от контакта с водной средой. Тем самым устраняется возможность образования земляных петель, являющихся причиной перекрестных наводок или помехи от силовых кабелей с частотой 50 Гц. А наличие длинной обтекаемой ножки между пьезоэлектрическим элементом и корпусом позволяет избавиться от мешающих в работе отражений звукового сигнала. Этим достигается поставленный технический результат - повышение надежности работы гидрофона.