Промерный эхолот (стр. 2 из 4)

Коэффициент пространственного затухания B , ДБ/км. Определен по монограмме на следующем рисунке.

Исходя из монограммы , B=40 ДБ/км

Определение размеров преобразователя

Для данного эхолота необходима антенна с характеристикой направленности (ХН), имеющую круговую симметрию оси, проходящей через центр антенны перпендикулярно к ее поверхности. Все точки поверхности антенны должны колебаться с одинаковой амплитудой, синфазно такой антенной является плоская антенна круглой апертурой (круглый поршень).

Для уменьшения стоимости антенны целесообразно выбрать сплошной круглый поршень, т.е. диск.

Диаметр элемента ,d , получим из формулы

= , раствор главного лепестка

Радиус 2.5 см.

При известном значении радиуса диска можно найти площадь приемно-излучающей поверхности по формуле

Подставив значения в это выражение, получим:

Для расчета характеристики направленности антенны будем использовать «Систему автоматизированного проектирования для формирования и расчета гидроакустических антенн»

Указав все исходные данные, получаем вид ХН:

Выбор активного материала

В современных ГАП, в качестве активных элементов, используют пьезокерамику различных составов промышленного производства. Достоинства пьезокерамических преобразователей, обусловившее широкое их использование в гидроакустических антеннах, - большая эффективность, возможность изготовления элементов любой формы возбуждение различных видов колебаний, широкий частотный диапазон. В зависимости от назначения пьезокерамические материалы делят на четыре класса. Материалы первого класса пригодны для производства пьезоэлементов приемников и излучателей малой и средней мощности. Удельная чувствительность, достаточно полно характеризующая эффективность преобразователя в режиме приема , на частоте электромеханического резонанса пропорциональна

Из представленных в литературе материалов удельная чувствительность на резонансе будет больше у приемников из ЦТСНВ-1.(цирконат- титанат свинца, натрия, висмута)

Основные характеристики пьезокерамики ЦТСНВ-1:

плотность

;

модули упругости

;

модули податливости

;

скорости звука

;

относительная диэлектрическая проницаемость

;

пьезоэлектрические

;

КЭМС

;

.

Расчет параметров преобразователя

Проектируемая антенна должна обеспечивать полосу пропускания не менее

Для обеспечения этого требования механическая добротность антенны не должна превышать

. Такую добротность могут обеспечить полуволновые (без накладок) стержневые преобразователи, при продольном пьезоэффекте.

Находим резонансный размер

, решая трансцендентное уравнение

Итак , толщина диска получилась равной 5 мм . Рассмотрим режим излучения .

Массу активного стержня можно найти из выражения:

кг.

Эквивалентная масса может быть найдена по формуле

кг.

Эквивалентная податливость преобразователя равна

Подставляя численные значения в выражение, получим:

м/н

Механическая добротность преобразователя

Примем акустико-механический КПД

тогда согласно выражению, получим:

Коэффициент электромеханической трансформации (КЭМТ) для сплошного преобразователя при продольном пьезоэффекте равен:

Подставим численные значения

Н/В

Акустическую мощность при резонансе можно найти из выражения:

Подставив численные значения, получим значение акустической мощности при максимально допустимом напряжении

В.

Вт

Удельная акустическая мощность

Чувствительность излучателя. Чувствительность по напряжению

определяем как отношение акустического давления создаваемого на оси на расстоянии 1 м, к подводимому напряжению. Из теории излучения известно выражение для амплитуды давления на оси излучателя , где - амплитуда колебательной скорости, - площадь излучающей поверхности введем в выражение для силу . При резонансе активное механическое сопротивление Сила связана с электрическим напряжением через КЭМТ В результате

Подставляя численные значения ,получим:

Па м/В

Итак , чувствительность в режиме излучения равна 507 Па м/В

Рассмотрим режим приема.

Известно , что чувствительность приемника максимальна при частоте электромеханического резонанса

определяемой из выражения .

Где

- рабочая частота.

Подставим численные значения.

кГц

Статическая электрическая емкость равна:

Где

найдем из отношения:

Ф/м

Подставив численные значения, получим: