ВС 311 Грифон погружной/врезной

— обратимый гидрофон без встроенного усилителя;

— используется в качестве приёмника и излучателя;

— исследование слабых сигналов в широком диапазоне частот;

— изучение сверхдальнего распространения акустических сигналов;

— варианты исполнения: погружной или врезной.

ВС 311 — прочный сферический малогабаритный гидрофон для абсолютных измерений распространяющегося в рабочей среде звука.

Гидрофон имеет первоклассные характеристики во всех геометрических направлениях. Обладает всенаправленными характеристиками в угловом диапазоне шириной 270° в плоскости х-z и 360° в плоскости х-у.

Варианты исполнения гидрофонов ВС 311

— Погружной гидрофон ВС 311 -используется для измерения путём погружения в воду на кабеле

— Врезной гидрофон ВС 311 — используется для измерений путём врезки в стенку герметичного сосуда или трубы

Назначение погружных/врезных гидрофонов ВС 311

— Измерение звука, распространяющегося в воде;

— Измерение ультразвука в жидких средах;

— Измерение шума во влажных и загрязненных средах;

— Измерение звука в жидкой и газовой средах (лабораторные и заводские).

Применение погружных/врезных гидрофонов ВС 311

— в качестве калибровочного эталона;

— в качестве излучателя звука;

Исследование

— звуков морских млекопитающих

— процессов кавитации

Требования к монтажу врезных гидрофонов ВС 311

Гидрофоны должны устанавливаться в специально подготовленные посадочные места, переходники, вварные бобышки и пр.

Монтаж гидрофона (установка в посадочное место) осуществляется гаечным ключом за шестигранник измерительной головки. Производить установку за другие части корпуса датчика недопустимо.

Для обеспечения герметизации гидрофона в месте установки использовать входящее в комплект поставки торцевое уплотнение (медная кольцевая прокладка). Использование других средств (фум-лента, сантехнический лен и пр.) нежелательно, так как не смогут обеспечить необходимой герметизации.

Схема подключения погружных/врезных гидрофонов ВС 311

Гидрофоны ВС 311 подключаются к анализаторам спектра через усилители заряда ZET 420 (при использовании в качестве излучателя) и ZET 440 (при использовании в качестве измерителя).

При подключении гидрофонов ВС 311 к анализаторам спектра через усилители заряда ZET 440 необходимо произвести ряд настроек для корректной работы. Во вкладке «Настройки» усилителя заряда ZET 440 требуется установить коэффициент усиления ×10.

Далее необходимо перейти в настройки канала анализатора, к которому подключен усилитель заряда ZET 440 и в свойствах канала анализатора, во вкладке «Измерительный канал» задать чувствительность подключенного гидрофона согласно паспорту на устройство.

Работа гидрофонов ВС 311 в режиме излучения

Гидрофон ВС 311 может работать в качестве излучателя звука и использоваться при измерениях звука, распространяющегося в жидкости, а также при калибровке методом взаимности. Дело в том, что пьезоэлектрический чувствительный элемент гидрофона обладает эффектом обратимости.

Механическое возбуждение приводит к формированию сигнала электрического и наоборот — приложение напряжения переменного тока на чувствительный элемент приводит к возбуждению механических колебаний. На графике представлена частотная характеристика гидрофона ВС 311 в режиме излучения. Данные приведены к излучению на расстоянии 1 метр. Наклон данной кривой является типичным для гидрофонов с пьезоэлектрическими чувствительными элементами.

Для определения звукового давления, создаваемого гидрофоном в режиме излучения на расстоянии 1 метр, при подаче на вход сигнала определённого уровня на определённой частоте, необходимо воспользоваться формулой:

m = 10n/20,

где n — коэффициент преобразования гидрофона, дБ относительно мкПа/В на 1 метр (данное значение определяется из АЧХ гидрофона в режиме излучения);
m — отношение давления, производимое излучателем, к напряжению, мкПа/В.
Пример:
При подаче на вход гидрофона сигнала уровнем 5 В на частоте 50 кГц, звуковое давление, создаваемое гидрофоном в режиме излучения на расстоянии 1 метр, определяется из АЧХ гидрофона в режиме излучения следующим образом:

x/5 = 10127/20

x = 11,2 Па

Области применения погружных/врезных гидрофонов ВС 311

— Исследование звуков морских млекопитающих на базе погружных/врезных гидрофонов ВС 311

Гидрофон является пьезоэлектрическим преобразователем с чувствительным элементом, изготовленным из керамических пьезоэлектрических материалов. Чувствительный элемент и его внутренняя опорная конструкция прочно закреплены в звукопроницаемом колпаке из синтетического хлоропренового каучука. Опорный корпус изготовлен из нержавеющей стали, отличающейся высокой прочностью, коррозийной устойчивостью, стойкостью к влияниям неблагоприятной окружающей среды и надёжностью в морской воде. Гидрофон не имеет незащищенных металлических частей.

Гидрофон ВС 311 является датчиком динамического давления и обладает ровной частотной характеристикой во всей области исследуемых частот в любой однородной среде, в том числе воздухе, морской и пресной воде.

Гидрофоны ВС 311 применяются для определения давления взрывной волны до 1000кПа, длительностью импульса 2-5 мс (чувствительность по времени порядка 0,1мс).

В социальной жизни китообразных важную роль играет акустическая коммуникация. Шумовое загрязнение океана (гидролокаторы, подводные взрывы или водный транспорт) является основной причиной гибели морских млекопитающих, поскольку способны травмировать органы слуха китообразных.

Гидрофоны ВС 311 могут применяться в качестве первичного преобразователя акустического давления в акустических измерительно-регистрационных комплексах при исследовании морских млекопитающих. Шумопеленгаторы на основе гидрофонов ВС 311 позволяют локализовать вокализирующих морских млекопитающих, а так же производить запись звуков, которые издают киты и дельфины.

Данный метод является наиболее экологически безопасным, поскольку шумопеленгаторы, расположенные на дне акватории, не беспокоят морских обитателей. А данные, полученные с помощью таких систем, являются достаточными для точного определения местонахождения любых источников звука.

Исследование векторных характеристик акустического поля

— на базе погружных/врезных гидрофонов ВС 311

На сегодняшний день сфера гидроакустических исследований значительно расширилась:

— обеспечение безопасности судовождения;

— рыболовство и промысел морских млекопитающих;

— океанографические исследования — картографирование морского дна, гидроакустическая голография;

— поиск полезных ископаемых в морском шельфе;

— локализация источников промышленных шумов и пр.

На последнем пункте нашего списка остановимся подробнее.

Для локализации источников шумов в гидроакустическом поле в последние годы всё чаще стали применять комбинированные приёмники с концепцией векторно-фазовых методов. Исследование векторных характеристик акустических полей базируется на методах одновременной регистрации поля давления и его градиента с помощью приёмников звукового давления и векторных приёмников (приёмники колебательного ускорения или акселерометры, либо сейсмоакустические датчики) в фиксированных точках пространства поля.

Основу данных методов заложил российский физик-теоретик Н.А Умов, который впервые ввёл в науку такие основополагающие понятия, как скорость и направление движения энергии, плотность энергии в данной точке среды, пространственная локализация потока энергии. Однако, не обобщил эти понятия на другие виды энергии, кроме энергии в упругих телах. В 1884 году понятие потока электромагнитной энергии ввел Д. Пойнтинг, используя для описания распространения энергии вектор, называемый в российской научной традиции «вектором Умова — Пойнтинга» (в западной научной традиции — «вектор Пойнтинга»).

Конструкция комбинированного гидроакустического приёмника, в большинстве своём, представляет из себя герметичную сферу (размеры которой принебрежительно малы по отношению к длине волны), в которой объединены первичные преобразователи: два гидрофона с выводами чувствительных частей наружу для преобразования давления (в нашем случае, ВС 311) и трёхкомпонентный веткорный приёмник для регистрации градента давления, колебательной скорости и пр. (в нашем случае — сейсмоприёмник ВС 1313).

Технические характеристики погружных/врезных гидрофонов ВС 311

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Обозначение	ВС 311
Тип исполнения	погружной	врезной
Номинальная чувствительность по напряжению	65 мкВ/Па	35 мкВ/Па
Номинальная чувствительность по заряду	от 0,35 до 0,65 пКл/Па	0,22 пКл/Па
Уровень чувствительности (относительно 1 В/мкПа)	-204 дБ
Частотный диапазон	3…100 000 Гц
Максимальное значение амплитуды измеряемого звукового давления	100 кПа
Максимальное значение амплитуды измеряемого звукового давления с аттенюатором	до 10 МПа
Предельное статическое давление*	до 60 МПа
Электрическая емкость (со встроенным кабелем)	не менее 6 нФ
Взрывозащищенное исполнение	—	по заказу
Материал корпуса	нержавеющая сталь
Размеры (длина × диаметр корпуса)	173 × ⌀23 мм	171 × ⌀23 мм
Присоединительная резьба	—	М20×1,5
Масса (без кабеля)
Длина кабеля стандартная	10 м	2 м
Предельная длина кабеля	250 м
Внешний диаметр кабеля	10,2 мм
Вид кабеля	коаксиальный с оболочкой ПВХ, имеет центральный проводник и экран устойчив к среде, содержащей серную кислоту
Разъём кабеля	BNC
Рабочая среда измерений	вода, воздух, нефть и нефтепродукты, природный газ
Температура рабочей среды	0…+60 °С
Температура окружающего воздуха	−60…+80 °С
*Предельное гидростатическое давление указано для приемного элемента гидрофона и может быть ограничено техническими характеристиками кабеля, в случае проведения исследований погружным методом.