ГОСТ Р МЭК 62127-1— 2009
Приложение В
(справочное)
Гидрофоны и система позиционирования
В.1 Общие положения
В настоящее время используют гидрофоны четырех основных типов. В гидрофонах двух типов применяют
активный элемент, выполненный или из пьезоэлектрической керамики, или из полимера (как правило, лоливи-
нилиденфторида — ПВДФ). укрепленный на конце итоподобной конструкции. Третий тип — это мембранный
гидрофон с большой пленкой из ПВДФ, центральная область которой обладает пьезоэлектрической активно
стью. Четвертый тип — это оптоволоконный гидрофон. Более детальное рассмотрение гидрофонов этих типов
приведено в разделе В.9.
Ни одна из существующих конструкций гидрофонов не удовлетворяет всем требованиям настоящего стан
дарта в частотном диапазоне от 50 кГц до 40 МГц. Предварительные материалы, посвященные исследованиям
характеристик оптоволоконных гидрофонов, показывают, что в перспективе эти гидрофоны могли бы обеспе
чить выполнение всех требований и исключить необходимость введения поправок на пространственное усредне
ние [21]—[23]. Вместе с тем. важность того или иного требования зависит от конкретного ультразвукового поля,
подлежащего описанию. Например, в дальнем поле плоского поршневого ультразвукового преобразователя
размер активного элемента гидрофона может быть в 2-3 больше длины акустической волны. Для акустических
давлений, меньших 0,1 МПа. широкополосность гидрофона не столь важна, поскольку маловероятно, чтобы на
обычно используемых расстояниях нелинейные искажения были бы существенными. Подобным же образом,
при измерениях в импульсных полях отражения от мембранных гидрофонов не так существенны, как в полях
непрерывной волны.
В.2 Электрическая нагрузка
Чувствительность гидрофона на конце кабеля под нагрузкой (см. 5.1.3) рекомендуется определять по
чувствительности холостого хода гидрофона на конце кабеля, используя метод, изложенный в МЭК 62127-2. В
этом же документе рассмотрено влияние изменения нагрузки.
В.З Усилитель сигнала гидрофона
Назначение усилителя сигнала гидрофона — быть буфером между гидрофоном и измерительной систе
мой. Такой буфер ослабляет резонансные эффекты кабеля на высоких частотах, а также обеспечивает дополни
тельное усиление и постоянную электрическую нафузку для гидрофона. Усилитель может быть вставлен в гидро
фон как всфоенный в его корпус предусилитель, и в таком случае невозможно разделить эти два усфойства. В
альтернативном варианте это может быть отдельное устройство, к которому или непосредственно, или
с помощью переходника на конце гидрофонного кабеля присоединяют гидрофон. Недостатки усилителей
состоят в том. что они ограничивают динамический диапазон и требуют электрического питания, а также
усложняют конструкцию гидрофона в целом. Встроенные предусилители имеют еще один недостаток: они
нуждаются в дополнительных жилах (питания) гидрофонного кабеля [10].
В.4 Усилители сигнала гидрофона и длина кабеля
Когда гидрофон подсоединяют к прибору для измерения напряжения, например осциллографу или усили
телю. важно учесть электрические характеристики такой составной измерительной системы.
Как правило, согласовать выходной электрический импеданс гидрофона без какого-нибудь постоянно под
соединенного к нему кабеля с импедансом кабеля невозможно, поскольку импеданс гидрофона превышает
импеданс кабеля. Поэтому непрактично использовать на конце кабеля какую-то электрическую нагрузку, согласо
ванную с импедансом кабеля, если необходимо избежать существенных потерь в амплитуде сигнала и сохранить его
волновую форму. Но без согласования кабеля и нагрузки на конце кабеля будут появляться отражения, вызы
вающие «звон». Резонансы в кабеле становятся максимальными, когда его длина достигает четверти длины
электромагнитной волны, раслросфаняющейся по кабелю. Для обычных коаксиальных кабелей резонансы на
блюдаются при длине кабеля (в метрах), равной 50if, где / — частота. МГц. Так. например, на частоте 50 МГц
причиной появления резонансов гложет быть кабель длиной 1 м. Значимость резонансных эффектов будет зави сеть
от согласования электрических импедансов на переходах кабель — нагрузка и кабель — гидрофон, а также от
наличия определенных составляющих в спектре сигнала с гидрофона. Последнее зависит от ширины полосы как
собственно гидрофона, так и гидрофона с постоянно подсоединенным к нему кабелем. Если толщину
активного элемента гидрофона выбрать такой, чтобы резонансная частота толщинной моды колебаний была
ниже резонансных частот в кабеле, то влияние последних будет пренебрежимо мало.
Если резонансы в кабеле могут попасть в частотный диапазон, соответствующий ширине полосы гидрофо
на, то рекомендуется выбирать кабель возможно меньшей длины и располагать усилитель возможно ближе к
гидрофону. Для ослабления влияния кабельных резонансов на выходной сигнал усилителя рекомендуется со
гласовывать выходной импеданс усилителя с импедансом подсоединяемого к нему кабеля, а импеданс нафузки
выбирать равным волновому импедансу кабеля. Для увеличения динамического диапазона усилителя важен
29