4.14. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ
Гидрофон
Весьма распространенный вид конструкции гидрофона приемника и излучателя) изображен на рис. 4.50. Пьезокристаллический элемент в виде одиночного блока или пакета пластин поджимается при помощи гайки, шарикового упора и опорной шайбы к поршневой диафрагме, являющейся антенной гидрофона. Для равномерности поджатия, электрической изоляции и уменьшения гибкости механического контакта на торцах пьезоэлемента имеются тонкие изоляционные прокладки. Выводы от пьезоэлемента соединяются с кабелем, выходящим через водонепроницаемый сальник. Диафрагма составляет одно целое с днищем корпуса, в котором выточена кольцевая канавка для создания гибкого подвеса — воротника, на котором движется диафрагма. Обычно пьезоэлемент собирается в виде пакета пластин, обладающих поперечным пьезоэффектом (сегнетова соль, дифосфат аммония, сульфат лития). Между пластинами прокладываются электроды из тонкой фольги. Пластины укладываются так, чтобы одноименные поляризующиеся поверхности были обращены к одному и тому же электроду.
Электрически пластинки оказываются включенными в параллель. Это позволяет уменьшить внутреннее сопротивление пьезоэлемента.
Механический резонанс системы благодаря массе воды, колеблющейся с диафрагмой, а также благодаря неизбежной гибкости прокладок и контакта между опорными поверхностями пьезоэлемента, лежит обычно ниже собственных волновых резонансов пьезоэлемента. Можно, таким образом, считать, что пьезоэлемент входит в механическую колебательную систему как гибкость и деформируется однородно, если надо рассчитать харатеристику чувствительности гидрофона в области низких частот и первого механического резонанса.
Рис. 4.50. Пьезоэлектрический гидрофон 1 — льезоэлемент; 2 — система поджатия; 3 — поршневая диафрагма; 4 — прокладки
Рис. 4.51 Эквивалентная схема механико-акустической часги пьезогидрофона
Тогда эквивалентная электрическая схема гидрофона принимает вид, показанный на рис. 4.51.
Здесь 
— сумма массы диафрагмы и присоединенной массы воды, 
гибкость воротника диафрагмы, 
гибкость прокладок и контакта, 
гибкость пьезоэлемента, 
резонансная частота гидрофана. Чувствительность холостого хода гидрофона с учетом (3.1130) и при условии 
принимает вид:
где 
число пластин пьезоэлемента, так что полная площадь торца пьезоэлемента, в соответствии с обозначениями параграфа 3.11, составит 
Как видно, гидрофон является приемником давления в области частот ниже резонанса его механической системы. Чувствительность его мы определили по отношению к давлению, действующему на диафрагму, считая, что оно однородно по всей площади диафрагмы. Это справедливо только до тех пор, пока размеры диафрагмы малы по сравнению с длиной волны и тогда ее
вительность, как приемной антенны, равна ее площади 
Вблизи резонанса величина чувствительности будет определяться затуханием системы, которое не учтено в (4.118).
Затухание, в свою очередь, зависит от активной части сопротивления излучения диафрагмы и коэффициентов потерь в материале воротника диафрагмы, в пьезоэлементе, в прокладках и в местах механического контакта. Только сопротивление излучения диафрагмы может быть подсчитано, а остальные составляющие активного сопротивления зависят от технологии сборки, точности изготовления деталей и т. п. Поэтому резонансная чувствительность может существенно варьировать и расчету не поддается. Предельное ее значение определяется сопротивлением излучения. Оно в 
раз больше, чем чувствительность на низких частотах. Согласно закону низкочастотного приема (4.23) чувствительность такого гидрофона как излучателя будет в области до резонанса возрастать пропорционально частоте.
