ГОСТ IEC 62127-1—2015
Приложение В
(справочное)
Гидрофоны и система позиционирования
В.1 Общие положения
В настоящее время используют гидрофоны четырех основных типов. В гидрофонах двух типов применя
ют активный элемент, выполненный или из пьезоэлектрической керамики, или из полимера (как правило. ПВДФ),
укрепленный на конце иглоподобной конструкции. Третий тип — это мембранный гидрофон с большой пленкой
из ПВДФ. центральная область которой обладает пьезоэлектрической активностью. Четвертый тип — это
оптоволо конный гидрофон. Более детальное рассмотрение гидрофонов этих типов приведено в подразделе 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 обеспечить
выполнение всех требований и исключить необходимость введения поправок на пространственное усреднение
[21]—[23]. Вместе с тем важность того или иного требования зависит от конкретного ультразвукового поля, подле
жащего описанию. Например, в дальнем поле плоского поршневого ультразвукового преобразователя размер
активного элемента гидрофона может быть в два-три раза 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 непре
рывной 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 IEC 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 нагрузку для гидрофона. Усилитель может быть вставлен в гидро
фон как встроенный в его корпус предусилитель, и в таком случае невозможно разделить эти два устройства.
В альтернативном варианте это может быть отдельное устройство, к которому или непосредственно, или с помо
щью 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 усилите
лю. важно учесть электрические характеристики такой составной измерительной системы.
Как правило, согласовать выходной электрический импеданс гидрофона без постоянно подсоединенного
к нему кабеля с импедансом кабеля невозможно, поскольку импеданс гидрофона обычно превышает импеданс
кабеля. Поэтому непрактично использовать на конце кабеля какую-то электрическую нагрузку, согласованную с
импедансом кабеля, если необходимо избежать существенных потерь в амплитуде сигнала и сохранности его вол
новой формы. Но без согласования кабеля и нагрузки на конце кабеля будут появляться отражения, вызывающие
«звон». Резонансы в кабеле становятся максимальными, когда его длина достигает четверти длины электромаг
нитной волны, распространяющейся по кабелю. Для обычных коаксиальных кабелей резонансы наблюдаются при
длине кабеля (выраженной в метрах), равной 50
Н,
где /— частота. МГц. Так. например, на частоте 50
МГцпричиной появления резонансов может быть кабель длиной 1 м. Значимость резонансных эффектов будет
зависеть от со гласования 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 соб ственно гидрофона, так и гидрофона с постоянно подсоединенным к нему кабелем. Если
толщину активного эле мента 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 ги
дрофона. то рекомендуется выбирать кабель минимальной длины и располагать усилитель как можно ближе
30