Изготовление чувствительного элемента-сердечника

Если волокно имеет достаточно толстое покрытие, акустически вызванные напряжения и, следовательно, акустическая чувствительность являются сложной функцией модуля упругости. Поскольку кварцевое волокно покрыто как мягким первичным, так и более жестким акустически чувствительным покрытием, для волокон с такой составной геометрией осевое напряжение, передаваемое определенным слоем, определяется как произведение площади поперечного сечения на модуль Юнга слоя. Если материал имеет большой модуль упругости, достаточно относительно тонкого покрытия, чтобы получить существенное увеличение акустической чувствительности по сравнению с вариантом, когда волокно голое, при условии, что объемная сжимаемость такова, что формируется значительная деформация сжатия. Очевидно, если вторичное покрытие имеет небольшой модуль упругости, требуется более толстое покрытие.

image116

Хотя акустические датчики в виде волокна с покрытием имеют преимущество в том, что касается геометрической приспособляемости, альтернативная механическая схема заключается в использовании эластичного цилиндрического сердечника.

Одно из основных направлений исследований в области волоконно-оптических акустических датчиков связано с подводными измерениями. Здесь существует множество возможностей для разработок, начиная от улучшения соотношения стоимость/эффективность и до совершенствования геометрической приспособляемости чувствительного элемента. Что касается схемы с сердечником, желательно максимизировать масштабный коэффициент или акустический фазовый отклик датчика; однако также необходимо сохранять плоскую акустическую характеристику как

image117

Функцию частоты во всем диапазоне температур и гидростатических давлений, при которых должен работать гидрофон. Это опять же требует тщательного выбора материала для изготовления чувствительного элемента-сердечника. Основная часть работ в области датчиков с сердечником сосредоточена на эластичных пластмассовых сердечниках, типичным образцом которых является сердечник из нейлона. Как упоминалось, чувствительность пропорциональна обратной величине модуля объемной деформации, и для нейлона получается чувствительность йф/(фйР) = = —326 дБ относительно мкПа, которая изменяется менее чем на ±0,5 дБ в диапазоне от 0 до 1000 фунтов на квадратный дюйм и от 0 до 35 °С, однако сердечник достаточно жесткий, так что резонанс на продольных модах превышает 5 кГц (при типичной длине сердечника).

image118

Характеристика типичного датчика с пластмассовым сердечником (датчик 1981 NRL-Экспериментальный) показана на графике, представленном на рисунке. Экспериментально наблюдаемое минимальное обнаружимое акустическое давление здесь показано в зависимости от частоты. Также представлен акустический уровень шума при нулевом волнении моря и навигационный шум (ненагруженных судов).