Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с гидроулофоном , музыкальным инструментом.

Гидрофон Type 8106 от Brüel & Kjr

Гидрофона ( древнегреческий : ὕδωρ + φωνή , лит  «вода + звук») является микрофон предназначен для использования под водой для записи или прослушивания звука под водой. Большинство гидрофонов основано на пьезоэлектрическом преобразователе, который генерирует электрический потенциал при изменении давления, таком как звуковая волна. Некоторые пьезоэлектрические преобразователи также могут служить звуковым прожектором, но не все имеют такую ​​возможность, а некоторые могут быть разрушены при таком использовании.

Гидрофон может улавливать звуки в воздухе, но он будет нечувствителен, потому что он разработан с учетом акустического импеданса воды, более плотной жидкости, чем воздух. Звук в воде распространяется в 4,3 раза быстрее, чем в воздухе, а звуковая волна в воде оказывает давление в 60 раз больше, чем волна той же амплитуды в воздухе. Точно так же стандартный микрофон можно закопать в землю или погрузить в воду, если он помещен в водонепроницаемый контейнер, но его характеристики будут плохими из-за такого же плохого согласования акустического импеданса.

История [ править ]

Гидрофон спускают в Северную Атлантику

Первые гидрофоны состояли из трубки с тонкой мембраной, закрывающей погруженный конец, и ухо наблюдателя на другом конце. [1] При проектировании эффективных гидрофонов необходимо учитывать акустическое сопротивление воды, которое в 3750 раз больше, чем у воздуха; следовательно, давление, оказываемое волной такой же интенсивности в воздухе, увеличивается в воде в 3750 раз. Американская компания Submarine Signaling Company разработала гидрофон для обнаружения подводных звонков с маяков и плавучих маяков. [2] Корпус представлял собой толстый полый латунный диск диаметром 35 сантиметров (14 дюймов). На одной стороне была латунная диафрагма толщиной 1 миллиметр (0,039 дюйма), которая была соединена коротким латунным стержнем с угольным микрофоном .

Первая мировая война [ править ]

В начале войны президент Франции Раймон Пуанкаре , физик, предоставил Полю Ланжевену оборудование, необходимое для работы над методом обнаружения подводных лодок по эхам от звуковых импульсов. Они разработали пьезоэлектрический гидрофон, увеличив мощность сигнала с помощью лампового усилителя; высокий акустический импеданс пьезоэлектрических материалов облегчил их использование в качестве подводных преобразователей. Та же самая пьезоэлектрическая пластина может вибрировать с помощью электрического генератора для создания звуковых импульсов.  [3]

Первой подводной лодкой, обнаруженной и потопленной с помощью примитивного гидрофона, была немецкая подводная лодка UC-3 23 апреля 1916 года. UC-3 была обнаружена противолодочным траулером Cheerio, когда Cheerio находился прямо над UC-3, UC- 3 затем попал в стальную сеть, которую тащил траулер, и затонул после большого подводного взрыва. [4] [5]

Гидрофоны и направленные гидрофоны с перегородкой.

Позже во время войны Британское Адмиралтейство с опозданием созвало научную комиссию, чтобы посоветовать, как бороться с подводными лодками. В него вошли австралийский физик Уильям Генри Брэгг и новозеландский физик сэр Эрнест Резерфорд . Они пришли к выводу, что лучшая надежда - использовать гидрофоны для прослушивания подводных лодок. В результате исследования Резерфорда был получен его единственный патент на гидрофон. Брэгг взял на себя инициативу в июле 1916 года и перешел в исследовательский центр Адмиралтейства по гидрофонам в Хоккрэйге на Ферт-оф-Форт .  [6]

Ученые поставили две цели: разработать гидрофон, который мог бы слышать подводную лодку, несмотря на шум, производимый патрульным кораблем, несущим гидрофон, и разработать гидрофон, который мог бы определить пеленг подводной лодки. Двунаправленный гидрофон был изобретен в Ист-Лондонском колледже . Они установили микрофон на каждой стороне диафрагмы в цилиндрическом корпусе; когда звуки, издаваемые обоими микрофонами, имеют одинаковую интенсивность, микрофон находится на одной линии с источником звука.  [7]

Лаборатория Брэгга сделала такой гидрофон направленным, установив перегородку перед одной из сторон диафрагмы. Потребовались месяцы, чтобы обнаружить, что эффективные перегородки должны содержать слой воздуха.  [8] В 1918 году дирижабли Королевской военно-морской авиации, участвовавшие в противолодочной войне, экспериментировали с подводными гидрофонами ближнего света. [9] Брэгг испытал гидрофон с захваченной немецкой подводной лодки и обнаружил, что он уступает британским моделям. К концу войны у британцев было 38 гидрофонистов и 200 квалифицированных слушателей, которым платили дополнительно 4 динара в день.  [10]

С конца Первой мировой войны до появления активных гидролокаторов в начале 1920-х годов гидрофоны были единственным методом для подводных лодок обнаруживать цели, находясь под водой; они остаются полезными и сегодня.

Направленные гидрофоны [ править ]

Небольшой одиночный цилиндрический керамический преобразователь может обеспечить почти идеальный всенаправленный прием. Направленные гидрофоны увеличивают чувствительность в одном направлении, используя два основных метода:

Сфокусированные преобразователи [ править ]

В этом устройстве используется один элемент преобразователя с тарелкой или коническим отражателем звука для фокусировки сигналов аналогично отражающему телескопу. Этот тип гидрофона может быть изготовлен из недорогого всенаправленного типа, но его следует использовать в неподвижном состоянии, поскольку отражатель препятствует его движению в воде. Новый способ управления - использование сферического тела вокруг гидрофона. Преимущество сфер направленности состоит в том, что гидрофон можно перемещать в воде, избавляя его от помех, создаваемых элементом конической формы.

Массивы [ править ]

Несколько гидрофонов могут быть организованы в массив так, чтобы он складывал сигналы с желаемого направления и вычитал сигналы с других направлений. Массивом можно управлять с помощью формирователя луча . Чаще всего гидрофоны располагаются в виде «линейной решетки» [11], но могут иметь множество различных конфигураций в зависимости от того, что измеряется. Например, в статье [12] для измерения шума гребного винта кораблей флота требовались сложные системы гидрофонных решеток для достижения эффективных измерений.

Гидрофоны SOSUS , проложенные на морском дне и соединенные подводными кабелями, использовались, начиная с 1950-х годов, ВМС США для отслеживания движения советских подводных лодок во время холодной войны по линии из Гренландии , Исландии и Соединенного Королевства, известной как GIUK. разрыв . [13] Они способны четко регистрировать чрезвычайно низкочастотный инфразвук , включая множество необъяснимых звуков океана .

См. Также [ править ]

  • Связь с подводными лодками
  • Геофон
  • Подводная акустика
  • Сонар
  • Отражательная сейсмология

Заметки [ править ]

  1. ^ Вуд, AB (1930). Учебник звука . Лондон: Дж. Белл и сыновья. С. 446–461.
  2. ^ Ван дер Kloot, Уильям (2014). Великие ученые ведут Великую войну . Страуд: Фонтхилл. п. 104.
  3. ^ ВандерKloot, 2014, стр. 110-112.
  4. ↑ Томас, Лоуэлл (июль 1929 г.). «Борьба с подводной лодкой» . Популярная механика .
  5. ^ Броди, Бернард; Броди, Фаун М. (1973). От арбалета до водородной бомбы: эволюция тактики и ведения войны (Первое изд. Мидленда). Издательство Индианского университета. п. 184. ISBN 0253201616.
  6. Перейти ↑ Wood 1930, p. 457.
  7. Перейти ↑ Wood 1930, p. 457.
  8. ^ ВандерKloot 2014, с. 110.
  9. ^ Отчет AIR 1/645/17/122/304 - Национальный архивКью. Эксперименты с дирижаблем и гидрофоном.
  10. ^ ВандерKloot 2014, с. 125.
  11. ↑ Abraham, Douglas A. (14 февраля 2019 г.). Подводная обработка акустических сигналов: моделирование, обнаружение и оценка . Springer. ISBN 978-3-319-92983-5.
  12. ^ Измерение шума в море с помощью систем гидрофонных решеток.
  13. ^ Mackay, DG " Шотландия Храбрая? Стратегическая политика США в Шотландии 1953-1974 ". Университет Глазго, магистерская диссертация (исследование). 2008. По состоянию на 12 октября 2009 г.

Ссылки [ править ]

  • Пайк, Джон (1999). СОСУС . Проверено 28 января 2005 года.
  • Уотлингтон, Фрэнк (1979). Как построить и использовать недорогие гидрофоны. ( ISBN 0830610790 ) 
  • Неизвестный. гидрофон . Проверено 28 января 2005 года.
  • Неизвестный. (2005) Глоссарий Schlumberger Oilfield: термин «гидрофон» . Проверено 28 января 2005 года.
  • Onda Corporation (2015). « Справочник по гидрофонам ».
  • Отчет AIR 1/645/17/122/304 - Национальный архив Кью. Эксперименты с дирижаблем и гидрофоном.

Внешние ссылки [ править ]

  • Гидрофоны - гидрофоны компании Brüel & Kjr и исследовательские статьи
  • DOSITS — Введение гидрофонов в "Открытие звука в море"
  • orcasound.net —Живые потоки гидрофонов из мест обитания косаток
  • Пассивный акустический мониторинг - использование гидрофонов для отслеживания подводных звуков
  • Создайте свой собственный гидрофон - бесплатные инструкции
  • Precision Acoustics - полезный ресурс по гидрофонам
  • Звуковой архив Британской библиотеки - содержит множество записей дикой природы и атмосферы, сделанных с помощью гидрофонов.
  • Высококачественные гидрофоны - производитель высококачественных гидрофонов.
  • LeakTronics.com - производители профессиональных гидрофонов для обнаружения утечек в плавательных бассейнах