Какой информационный сигнал поступает на вход датчика? Как установлен датчик? Есть ли демпфирование кристалла? Опыты с ним на столе и его работа в корпусе могут сильно изменить выходные характеристики сигнала и отношение сигнал/шум.

Датчик представляет собой цилиндрик из пьезокерамики цтс-19, необходимо снять сигнал с него. Нужно создать что то на подобие гидрофона, но сам прибор доложен эксплуатироваться при высоких давлениях(сотни атмосфер) и высокой температуры (120-150 градусов).
Опытный образец прибора готов, но хотелось бы улучшить его чувствительность чтобы он чувствовал сигнал около 50-70дБ относительно 1 мкПа.


в данный момент пьезокерамика вклеена внутри трубы, то есть сигнал проходит через металлическую стенку, которая защищает датчик от внешнего давления.

Металлическая стенка должна пропустить сигнал из среды с плотностью, например, воды. Удельные вес металла, воды,клея и керамики разные. Скорость распрастранения ультразвука тоже. Будет три перехода энергии волны: 1. Вода - металл; 2. Металл - клей; 3. Клей - керамика.
http://engineering-solutions.ru/ultrasound/theory/
Суммарный коэффициент пропускания будет равен произведению трёх коэффициентов на каждом из переходов. Дополнительно нужно учесть поглощение энергии в слое защитной металлической стенки. Возможно, сигнал просто не доходит до керамики из-за потерь на переходах и в слое металла.

C вами полностью согласен, в дальнейшем предполагается уменьшение стенки металла, и сам пьезоэлемент посадить на ось внутри данного защитного металлического капсуля и наполнение его жидкостью с примерно такой же плотностью как и сама внешняя среда в которой распространяются упругие колебания.

На опытном образце удалось, увеличить соотношение сигнал шум заменой ОУ на 2177 (выиграли примерно 20 Дб (10раз), но как я уже говорил хочется еще увеличить данное соотношение. Сейчас стоит вопрос создания усилителя чтобы еще увеличить соотношения сигнал шум. А далее уже отталкиваясь от этого пытаться увеличить чувствительность самой конструкции с датчиком, применяя калибровочную установку ( так же ведется создание).
Пред усилитель должен быть расположен как можно ближе к Пьезоэлементу? Сильно ли влияет поляризация самого элемента продольная или поперечная?( мой пьезоэлемент обладает продольной поляризацией).
Применение истокового повторителя увеличит ли отношение сигнал\шум? или можно пока что остановиться на ОУ?

Кто сталкивался с проблемой подбора ОУ для таких типов емкостных датчиков? понимаю что нужно для снятия сигнала с высокоомной нагрузки выбирать Оу с наименьшим возможным токовым шумом.

Методом "научного тыка" конечно можно подобрать что-нибудь, но вначале, как минимум, надо снять спектр шумов и проанализировать кто шумит.

Опыт показывает, что дискретный транзистор + опер дает заметно лучшие результаты, чем любой опер.

Но тут все проработано плохо, нужные параметры транзисторов, как правило, не заданы и часто можно нарваться на неожиданности, например использование мощного полевика вместо маломощного может сильно снизить шум.

Основное - это отбор полевиков - разброс по шуму - десяток раз. Плюс "правильное" "масштабирование" площади полевика - его емкость и емкость источника сигнала должны соответствовать (это уже мои домыслы).

Начать нужно с рассчёта энергии, поступающей на защитную трубку. Её должно быть много и даже очень много для создания импульса тока, например, на базе транзистора. Использование индуктивного преобразователя, возможно, увеличит коэффициент использования поступающей энергии. Пъезокристалл всего лишь конденсатор, на обкладках которого появляется некоторое количество электронов.

не могли бы вы по своему опыту, посоветовать ОУ которые давали не плохие результаты? Какие параметры ОУ прежде всего влияют на отношение сигнал/шум по схеме Усилителя заряда? В моем случаем случае потребление ОУ не играет особой роли так как прибор автономный,могу ставить любой по емкости источник питания. В схеме применено двуполярное питание -3/3 В. Применение Охранных колец обязательно? Применение металических защитных экранов над Оу сильно ли влияет на SNR?

А по теме дискретного транзистора, транзистор подключается как истоковый повторитель?




Брал из Хоровица форумлу для выбора ОУ который бы минимазировал бы шумы в некотором диапазоне частот при данном сопротивлении источника сигнала R



далее брал корень и получалось вот это по оси Y шум В/(hz)1/2 по оси X сопротивление в Ом





Актуально ли это для моего источника сигнала? или все таки то что датчик емкостной то сопротивление у него падает при возрастании частоты сигнала?

1. Оправдано применение внешнего транзистора, так-как в рамках интегрального техпроцесса добиться оптимальных характеристик сразу по шуму, смещению и входному току не получается. Добавление транзистора улучшает картину. Можно параллелить транзисторы, тогда шум уменьшается в sqrt N раз.
Потому как шум каждого транзистора некоррелированный (Можно параллелить ОУ, но это сильно дороже). Есть специальные транзисторы полевые с ультранизким шумом. Они очень дорогие и труднодоставаемые. Если надумаете, то поищу ссылку на производителя. Когда-то давно пользовал.
2. Применение охранных колец защищает больше не от шума, а от токов утечки. При большом входном сопротивлении, из-за токов утечки могут быть значительные смещения, которые сожрут ДД. Да и изменениепроводимости среды даст неконтролируемые сдвиги этого смещения.
3. В современной электромагнитной обстановке при большом входном сопротивлении экран не просто показан, он ОБЯЗАТЕЛЕН!

Вам не сказали самого главного - датчик имеет комплексное сопротивление, проще говоря моделируется несколькими резонансными контурами.

Посмотрите тут.

Рекомендую поставить согласованную пару транзисторов типа 159НТ - есть современный аналог - и ещё один кристалл датчика, работающий вхолостую. Пара транзисторов включается по схеме дифференциального УПТ.

Что за "схема Усилителя Заряда на Оу"?
При сравнении учитывали различные полосы пропускания каждого ОУ? Для корректной оценки можно чемто обрезать после усилителя, я обычно использую цифровой фильтр в осциллографе.
Какова нижняя частота среза усилителя? Может фликкер-шум сильно влияет (например у AD8627 фликкер в разы больше чем у OP2177).
Какая именно теория для расчета использовалась? Просто квадратичное сложение шумов тут не катит, если применяется ЗЧУ.
В общем приведите полную схему тогда будем гадать что с чем не сходится

В данном случае механическая схема "подключения" датчика к источнику колебаний может не пропускать акуустический сигнал.

прочитав многое понял что НЕОБХОДИМО в первую очередь знать импеданс пьезоэлемента. А после этого уже определив сопротивление датчика на каждой из необходимых частот, только уже тогда выбирать ОУ, с малым входным напряжением шума или малым входным токовым шумом(определить от чего будет вклад больше в результирующий шум)
Пришел max4477 с шум напряжением шума 4 нв и токовым 0,5 fA, получил шумы в 1,5 раза ниже чем с OP2177, у которого 8 нВ и 200fA.
Далее нагрел max4477 до 120 градусов чтобы увеличить токовый шум так как каждые 20 градусов в 2 раза повышается шум по току из-за того что на входе стоят ПТ у 4477( у Op2177 биполярные), в итоге не увидел изменение шума(не вырос). пришел к выводу что по токовому шуму 4477 имеет большой запас.
Хочу снять импеданс датчика, если можете подскажите как?
После снятие импеданса уже определюсь с окончательным выбором ОУ

Схема усилителя заряда стандартная, в цепи обратной связи кондер и резистор, коэф усиления беру максимально возможный 30-40Дб если позволяет ОУ(так как необходим сигнал до 50 Кгц), Нижняя частота среза примерно 100-500Гц(Определяется резистором в цепи обратной связи). На неинвертирующий вход(+) подаю землю)

Датчик у вас широкополосный 50Гц-50кГц, поэтому, в случае ЗЧУ, его импеданс, практически, определяется его емкостью (7нФ по вашим данным) и существенно (с точки зрения шумов) зависит от частоты.

Так, при этом импедансе, на частоте 50 Гц токовый шум 200 fa будет давать добавку в 90 мкв (U=I * Xc(50 Гц)), а на 50 кГц этот вклад снизится до 90 нВ.

Соответственно вам следует выбирать опера с минимальным токовым шумом.

Для ЗЧУ это не так. В нём токовый шум ОУ прямиком идёт на цепочку ОС, т.е шум на выходе не зависит от емкости датчика. Например для цепочки R||C = 10Мом||100пФ спектр.токовый шум в 200фА на корень из Гц даст на выходе вольтовые шумы 2мкВ на корень из Гц на низких частотах (до частоты среза этой цепочик = 158 Гц), и интегрально 32мкВ в полосе 50кГц. А например увеличение резистора до 100МОм приведет к увеличению спектрального шума до 20мкВ/Гц^0,5 и хотя частота среза цепочки снизилась до 16Гц интегрально шум увеличился до 100мкВ.
Выше частоты среза этой цепочки токовым шумом можно пренебречь, но там начинает проявляться напряженческий шум ОУ, вот тут-то он уже будет давать основной вклад.

2 damasking: вот поэтому я и просил полную схему (с номиналами всех элементов), т.к было желание проверить в симуляторе.

Нет, именно так. То, что входная емкость ЗЧУ намного больше емкости датчика ничего не меняет.

Источником сигнала, фактически, является заряд, возникающий в датчике безотносительно того, что стоит дальше. Шумовой ток опера суммируется (за заданный период) и меняет этот заряд. Т.е. шумовой ток создает шумовой заряд (ток за период заданной частоты) который суммируется со входным зарядом. А обратная связь практически не меняет соотношения сигнал/шум на входе опера, сигнал и шум усиливаются одинаково.

Чтобы посмотреть это на симуляторе, нужно формировать входной сигнал как заряд (источник тока, влючаемый на заданное время).

Но вот дальше есть куча вопросов. Что должен измерять датчик - амплитуду колебаний, колебательную скорость и т.п. Нужна ли линейность АЧХ по этому параметру. В зависимости от ситуации вклад шума окажется разным и оценить его приемлемость без дополнительной информации трудно.

rudy_b не про то речь шла. Вы умножаете шумовой ток на импеданс датчика (U=I * Xc(50 Гц)) и считаете это как прибавку по шумам на выходе. Всё так если б датчик был подключен к НЕинвертирующему входу ОУ.
У ЗЧУ всё несколько иначе - там датчик подключен к инвертирующему входу, соответственно шумовой ток самого ОУ как и ток с датчика складываются, как в усилителе тока. При этом емкость датчика (и его импеданс, в разумных пределах ессно) не играет рояли.
Если считать отношение сигнал/шум, то емкость датчика тут опять же не причем, т.к если мы рассматриваем заряд генерируемый датчиком, то он не зависит от его емкости.

А вот с шумами напряжения всё гораздо хуже. Во-первых напряженческий шум ОУ усиливается им же в К=Сд/Cос раз (т.е как отношение емкости датчика к емкости обратной связи). Во-вторых, этот шум усиливается практически во всей полосе пропускания усилителя (т.е десятки кГц), в отличие от токового шума,который дает вклад только до частоты среза цепи ОС (обычно единицы-десятки Гц). И в третьих, внутреннее активное сопротивление датчика тоже создает тепловой (джонсоновский) шум, который также усиливается в К раз. Всё это в купе и дает эффект гораздо больший, чем токовые шумы ОУ, отсюда и результат - ОУ с малыми шумами по напряжению оказываются лучше.

Alexashka, вы неправы, попробуйте на модели, сами убедитесь.

Отрубите ОС в опере - какой будет сигнал? А включение ОС одинаково ослабит и сигнал и шум, т.е. отношение сигнал/шум не изменится, поскольку входной заряд - уже сумма входного сигнала и шумового заряда, обусловленного шумовым током опера.

PS. Посмотри тут, страница 20 и далее.

я пересчитал по вашей формуле для 50 Гц получается не 90мкв а 90 нВ, а для 50Кгц 90пВ соответсвенно.
Что получается на практике, на АЦП у меня приходит где то 100 семплов, это около 0,004577 В , у меня 2 каскада первый К(1)=31 второй К(2)=60, общий К=1860, получаем из этого 2,46 мкВ, далее делим на корень из полосы пропускания берем 60кГЦ ето примерно 244, в итоге получаем примерно 10 нВ ( в каком то иностарном источнике помоему от AD видел что еше надо делить на 1,56) ну и если поделить то получаем 6,4 нВ.





в Обратной связи 220пФ и 1 МОМ ну и получаем частоту среза 680 Гц.




Получая на практике результаты тоже начинаю склоняться что ОУ с малыми шумами по напряжению лучше в данном случае, перепробовав почти все ОУ с малыми шумами по току, можете посоветовать какие нибудь ОУ с малыми шумами по напряжению и умеренным входным током. Сам же конечно поищу, но возможно найдется вариант побыстрее.

ЗЧУ с малым входным током наверно необходимы для низкочастотных сигналов( какие нибудь детекторы ион частиц), там получается сопротивление очень большое(на низких частотах)

Просто, для примера - расчет входного шума по моделям для AD8610 (JFET, 6nV, 5fA) и AD797(0.9 nV, 2pA).
Модели фабричные, Orcad PSpice
Спектральная плотность входного шума В/Sqrt(HZ)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Схема
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Как видно, опер с меньшим шумовым током дает намного меньший шум на низких частотах, несмотря на то, что его напряженческий шум в 6 раз выше.
А опер с малым шумовым напряжением выигрывает на высоких частотах.

Ув. rudy_b, услышьте меня наконец О чем я толкую! Я пытаюсь донести, что импеданс датчика в случае рассмотрения шумовых токов НЕ ИГРАЕТ РОЛИ.
Вот даже в Вашей же статье на стр.22 видим формулу передаточной функции для шумовых токов Gin:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Gin = 1/(2*pi*f*Cf), где Cf - емкость обратной связи. Т.е передаточная функция это просто импеданс конденсатора обратной связи. И вклад токовых шумов в выходное напряжение шума есть произведение этого импеданса на величину токовых шумов (и на корень из полосы частот). Никакой емкости датчика тут нет.

И второе, дело не в отношении тока датчика и тока (шумового) ОУ, с этим никто не спорит (конечно ток датчика должен быть заведомо больше шумового тока ОУ)...Я о том, что превуалируют шумы напряжения ОУ, поскольку они дополнительно усиливаются и интегрируются в более широкой полосе частот.
Я раньше тоже симулировал по моделям ОУ и получалось совсем не то, что в жизни. Теперь я просто взял и вставил в схему эквивалентные источники шума напряжения и тока для этих ОУ и получилось, что AD797 лучше (шумы 350мкВ в полосе 50кГц на выходе), чем AD8610 (шумы 930 мкВ)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Верхние графики это спектральное распределение шумов приведенное ко входу для обоих ОУ, нижние - интегральное значение шума на выходе. Обратите внимание на выделенный график вверху (более низкие шумы на низких частотах) -это AD8610 (на высоких частотах приближается к 6 нВ/Гц), ему соответствует нижний график с более высокими интегральными значениями.

2 damasking
Update!! Исправил цифры в симуляции.
Для указанной цепочки ОС (220пФ||1МОм) у меня по симуляции получается 48мкВ шумов на выходе в полосе 60кГц для AD8610 и 67мкВ для AD797. Если 48 разделить на усиление (31) и на корень(60000), то получим 6,3 нВ/sqr(Гц), что близко к спектральной плотности шумов напряжения AD8610, т.к токовые шумы у него мизерные. А вот AD797 c такой большой емкостью в ОС даёт хуже результат.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Хотел сравнить с Вашими цифрами и запнулся:
Это как понимать - "скв" или размах??
Короче, попробуйте AD797 Не знаю что посоветовать, нужно моделировать разные варианты...AD797 хорошо смотрится если уменьшить емкость ОС, еще можно посмотреть AD8597. #s3gt_translate_tooltip_mini { display: none !important; }

Даже смешно, говорим одно и то же, но никак договориться не можем.

На вашем первом графике приведен не входной, а выходной шум. Входной шум получается делением на коэффициент усиления, который для ЗЧУ в рабочей полосе частот равен Сдатчика/Сос. При этом из формулы исчезает Сос и остается только емкость датчика.

Я говорил, про спектральную плотность входного шума, вы - про интегральный шум. Ессно, получаются совершенно разные вещи.

Если вы работаете в низкочастотном диапазоне - предпочтительны ОУ с малым токовым шумом, поскольку импеданс емкостного датчика велик и основной вклад дает токовый шум. Поставьте верхнюю граничную частоту 10 кГц - и AD8610 будет лучше AD797.

Если работать нужно в высокочастотном диапазоне - то предпочтительны ОУ с малым напряженческим шумом, поскольку импеданс датчика мал и основной вклад дает напряженческий шум.

Кстати, приятно что спектральные плотности шума рассчитанные разными способами практически совпадают.

Да на выходе я смотрел размах, ну и спектральную картину(Фурье)

Кстати у меня на плате стоял кварц 32кГц и он шумел) поменял на chip кварц шум стал меньше, далее отпаял от платы посадил на провода и наклеил его на мягкую наклейку) шум ушел) интересно конечно то что датчик ловит этот шум)

СПАСИБО что представили свои расчеты Rudy_b и Alexashka, после ваших расчетов картина начала проясняться, то что для моего диапазона частот необходимо одновременно низкий шум напряжения для высоких частот и низкий токовый шум для низких частот. Думаю MAX4477 с его 4нВ и 0,5 фА будет неплохим вариантом, ну а так же конечно хотел бы попробовать всему рекомендованный ad745 с его 2,9нВ и 6,9 фА.

Если конечно не хватит этого уровня шумов то придется думаю, как вы говорили ставить ПТ с низким шумом напряжения а далее ОУ.
Ну а прямо сейчас занимаемся изменение конструкции датчика, потому что увеличение его чувствительности хотя бы в 2 раза даст выигрыш в 6 Дб.
Так же необходимо снятие импеданса датчика, все таки думаю у него более сложная модель чем просто рассматривать как конденсатор.

Учтите, что в наших расчетах не учтен фликкер шум. Его параметры для оперов практически не оговорены, можно только ориентироваться по интегральному шуму в полосе 0.1-10 Гц который обычно приводится.

В стандартных датчиках входной полевик встраивается сразу в корпус датчика и в кабель выведен его сток.

Вот Вы о чем. Действительно, если смотреть приведенный ко входу результат, то проще рассматривать импеданс самого датчика без привязки к цепям ОС.
Вроде всё логично, с другой стороны датчик ведь является источником заряда, а не напряжения. И если перевести шум напряжения в зарядовый шум, то получим (просто умножаем напряжение шума на емкость датчика):
Qш = Uш*Сд, а т.к. приведенный ко входу Uш = Zд*iш = iш / 2πfCд, то
Qш = iш / 2πf - теперь уже емкость датчика сократилась, т.е эквивалентный шумовой заряд не зависит от емкости датчика.


Я бы сразу перешел на схему c полевиком на входе, единственное не забудьте сделать защиту затвора, т.к керамика при ударах способна генерировать неслабые киловольты.

Есть почти аналог макса AD8655, правда у него токовые шумы не дают, но они по определению низки, т.к это CMOS. У AD745 шумы 2,9нВ на 10кГц, у Ad8655 даже пониже - 2,7нВ.

Тут есть масса тонкостей, но, в целом, это именно так - сравнивается заряд сигнала и шумовой заряд.

Но заряд сигнала, если величина перемещения фиксирована (амплитуда механических колебаний не зависит от частоты), определяется емкостью датчика (в т.ч.). Если я запараллелю два датчика - заряд сигнала удвоится, емкость тоже, а шумовой заряд не изменится, т.е. отношение сигнал/шум возрастет.

А вот если фиксирована колебательная скорость, то все несколько иначе - перемещение начинает зависеть от частоты - при увеличении частоты перемещение (амплитуда механических колебаний) уменьшается, соответственно уменьшается и заряд сигнала. И вот тут, соответственно, сильно меняется спектральная зависимость сигнал/шум.

В реале всегда нечто среднее. + резонансные частоты (многочисленные) + демпфирование (якобы эффективное) - получается каша, которую рассчитать практически невозможно, проще измерить.

Да, надо будет подумать, так как прибор работает в агрессивных условиях и ударяться будет думаю часто)




Да посмотрел на него) думаю он даже будет получше чем ad745 и max 4477 да и дешевле намного на том же chipdip, главное не нарваться на подделку



Если я добавлю параллельно еще один датчик в моем случае увеличится ли сигнал/шум? Обязательно попробую после создания эталонного источника.



Для удаления низкочастотных шумов лучше добавить ФВЧ? помимо того что образуется в цепи обратной связи? Читал где то что в предусилителях от Bruel стоит дополнительный ФВЧ

В целом согласен, работа датчика как антенны - собирать энергию из пространства, поэтому чем больше размер, тем больше сигнал, ну и ёмкость тоже больше. Тут правда надо учитывать длину волны, например на 30кГц в воде длина волны всего 5см, так что если фронт падает под углом и между датчиками 2-3см, то они могут оказаться работающими в противофазе.

ЗЫ. Я тут придумал критерий как определить доминирующий фактор шума -ток или напряжение.
Если увеличить емкость ОС скажем в 10 раз, то в случае доминирования шумов напряжения выходной шум уменьшиться также в 10 раз (шумы падают во столько раз во сколько падает усиление). А если доминируют токовые шумы, то шум упадет в 3.2 раза (как корень из 10, т.к в 10 раз сузится полоса пропускания токовых шумов). Соответственно меняем емкость и смотрим во сколько раз снизится шум - если ближе к 10ке, то нужно принимать меры по снижению шума напряжения, если ближе к 3-ке, то значит токовые шумы - основная проблема нашего усилителя.

Что-то странное вы сказали, от емкости ОС входной шум практически не зависит, если отношение Сдатчика с Сос достаточно велико. Или имеется в виду полоса частот, обусловленная Сос и Rос?

Может проще снять шумовой спектр? Правда отличить токовый шум от фликкера вряд ли получится, но напряженческий шум будет хорошо отделяться от суммы токового и фликкера - у них спад с частотой.

Респект! А откуда ёмкость в ОС знает характер источника шума?

Зачем входной? ВЫходной смотрим, вольтметром

Объяснил же вроде
Емкость ОС изменяет частоту среза токовых шумов, если токовые шумы дают основной вклад в шумы на выходе усилителя, то изменение емкости (и соответственно изменение шумовой полосы) в 10 раз приведет к изменению интегрального шума в sqr(10) раз.
Если же основной вклад от шумов напряжения, то они возрастут в 10 раз, если емкость ОС уменьшить в 10 раз (т.к в 10 раз возрастет усиление по напряжению).
Если вклад равный от токовых и напряженческих шумов, то изменение будет гдето посредине между 3 и 10
Можете проверить в симуляторе.

а для чего нужен еще один кристалл работающий вхолостую?

Используется дифференциальная схема. На одном из кристаллов имеется полезный сигнал, а на другом отсутствует...

Добрый день rudy_b и Alexashka. Собрал схему на ad8656 2,7 nV и почувствовал что шумы уменьшились и стали примерно 50-60 семплов против max 4477 4-5 nV (минимум 60 семплов). На практике получил примерно тоже самое, что и в предоставленных ваших теоретических расчетах. Большое спасибо за помощь.
У Ad8656 все таки приличный фликер шум, поэтому думаю ad745 идеальный вариант если собирать на ОУ, так как его фликер шум почти как у ОУ с биполярами на входе.






Уровень шума все таки не удовлетворил. Необходимо его еще уменьшить поэтому прикупил полевики низкошумящие 2sk170 и bf862. думаю собрать примерно по такой схеме:




Думаю поставить какой нибудь Оу с примерно 1 nV.
Если какие нибудь соображения по этому поводу?

https://sci-hub.tw/10.1109/TNS.2004.832308

Смотрите в сторону параллельного соединения транзисторов на входе.

Схема не оптимальная, по ссылке iliusmaster - более правильная.
1. Смещение на затворе равно 0. Тут полезно проснять зависимость крутизны от смещения затвора. Иногда оптимум шума получается при смещении 0.2-0.5 В. Но повторитель всяко даст больший шум,чем ОЭ(ОИ).
2. Каскод (сток полевика - эмиттер ОБ) - большая скорость + удобство стыковки с опером.

А вот дальше -там не совсем оптимально, но это уже не столь важно.

Для SK170 шум нормирован на 1 кГц, для bf862 - для 100 кГц.

Опыт показывает, что нужно проводить отбор в партиях SK170. Шум различается в несколько раз.

я ориентировался на этот источник



так же думаю попробовать собрать схему на рис 4, с одним и двумя полевиками https://electronix.ru/forum/index.php?act=a...st&id=49081, если автор статьи не хитрит в чем то то должен получиться не плохой вариант. Только останется проверить схему при высоких температурах.
Так же нашел интересные статьи
http://www.cordellaudio.com/JFETs/LSK489appnote.pdf
http://www.janascard.cz/PDF/Ultralownoiseh...eamplifiers.pdf
https://www.powerelectronictips.com/formida...forgotten-fets/
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN-6601.pdf.pdf
https://tf.nist.gov/general/pdf/821.pdf
https://sci-hub.tw/10.1109/81.855453
https://sci-hub.tw/10.1109/JSEN.2012.2186564
https://sci-hub.tw/10.1109/JSEN.2017.2759000

так же искал биполярные с маленьким шумом по напряжению и токовым шумом порядка сотни фА но ничего пока не нашел, их удобно было бы использовать по при больших температурах

Не могли бы вы привести пример схемы и какой уровень искажений давала симуляция?

Выводы о "достоинствах" электронных схем усилителей без учёта характеристик кабеля не имеют смысла. Необходимо иметь информацию о типе применяемого кабеля во всех подробностях из первоисточника от фирмы-производителя. Много значит взаимное расположение элементов макета и "топология" раскладки кабеля.
В любом случае наведённые помехи на кабель и его жилы, соответственно, будут и поэтому следует рассчитать необходимый уровень подавления этой помехи, что даст возможность определиться со схемотехникой входной цепи усилителя.

Вопрос в общем-то по сабжу, но с другого бока : динамический диапазон зависит не только от уровня шума усилителя, но и от того - какой уровень сигнала даёт сенсор.
Весьма часто в гидрофонах в качестве сенсора используют кольца наподобие ферритовых. На керамику нанесено серебряное покрытие - на внешнюю и внутреннюю часть кольца. К этим покрытиям припаиваются выводы, идущие ко входу у-ля со вх. сопротивлением не менее 1 ГОм. Чем крупнее это кольцо - тем больше и выходной сигнал, но тут возникают ограничения : чем больше кольцо - тем ниже собственный резонанс такого сенсора, а значит и ограничение полосы частот сверху. Для одиночного кольца с внешним диаметром 18 мм, внутренним 12 мм и шириной 10 мм собственный резонанс лежит в области 40 - 60 кГц. В принципе это высококачественный керамический конденсатор с ёмкостью порядка 2.5 нФ.
Напрашивается вопрос - а нельзя ли не увеличивая размера колец увеличить уровень выхода путём сложения сигналов от нескольких колец, механически изолировав кольца друг от друга, чтобы не обрезать АЧХ сверху.
Что если взять не одно, а два кольца соосно и соединить их параллельно - увеличится ли при этом уровень выходного сигнала вдвое ? Вроде как нет - суммирования сигналов не будет. Но увеличится вдвое ёмкость и станет порядка 5 нФ, а значит уменьшится вдвое импеданс и соответственно несколько уменьшатся шумы усилителя, поскольку сенсор подключен ко входу у-ля параллельно и будет частотно-зависимо шунтировать вх. импеданс у-ля.
Это - если соединять кольца электрически параллельно. А если соединить последовательно ? Понятно, что общая ёмкость станет вдвое меньше, но вот будут ли при этом суммироваться сигналы - ведь фронт звуковой волны воздействует на внешнюю поверхность колец в одной и той-же фазе ? Или я в своих рассуждениях в чём-то ошибаюсь ?

Если Вы соедините кольца последовательно, то да, уровень сигнала возрастет. Но диаграмма направленности изменится - в первом приближении главный лепесток станет уже. Плюс там есть тонкости с дистанцией между осями - влияет на боковые лепестки.

Но имейте в виду, при последовательном соединении внешний электрод одного из колец будет ближе к воде - актуально, если изолирующее покрытие колец тонкое. Это лишняя емкость на землю, да еще и неизвестно, какие там токи текут по воде и какие будут помехи из-за наличия какого-то напряжения на обкладке конденсатора вода-изоляция-внешная_обкадка_кольца относительно схемной земли.

Все антенны которые мне попадались, имели параллельное включение пьезоэлементов
(от нескольких штук типа вашего колечка, до сотни пьезоэлементов другой формы).
Параллельное соединение позволяет проще согласовывать работу на длинный кабель как на прием,
так и на передачу.
При соединении пьезоэлементов, надо соблюдать полярность.

А почему - будет ли суммирование (пусть и неполное) ?

Почему что? Почему будет суммирование при последовательном соединении?

Будет ли удвоение выхода (примерно) при соединении, как на картинке в сегодняшнем посте от 8:55

Будет. Для плоско падающей волны.

А какова будет трёхмерная диаграмма направленности такого гидрофона, если цилиндрический металлический корпус расположен соосно с этой группой колец как на эскизе ?

Ну очень примерно, для элемента высотой 10мм и частоты 50кГц (в воде)

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Для двух элементов, высотой 10мм и расстоянием между центрами 13мм.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Это, естественно, в плоскости оси цилиндра (на графиках ось цилиндра проходит сверху вниз). В плоскости, перепендикулярной цилиндру будет круг (что очевидно).