Hidrofone: diferenças entre revisões

Um '''hidrofone''' é um [[transdutor]] de [[som]] para [[electricidade]] para utilização na água ou outros líquidos, que permite a escuta de sons debaixo de água. Este instrumento elétrico, construído com um transdutor piezoelétrico, capta vibrações sonoras transmitidas através da água ou outros líquidos reconhecendo um som ou ruído embaixo da água na forma de uma frequência. O equipamento registra esseessa dadofrequência que, é transformadologo em sinalseguida, paraé eletricidadetransformada e permite visualizarem um valor.sinal elétrico<ref>http://www.o-que-e.com/o-que-e-um-hidrofone/</ref>.

Enquanto os dados são coletados, o hidrofone transmite informações para um painel de controle do navio onde ele está em questão. Um software converte esse tipo de informação em gráficos e outras imagens que podem ser estudadas com mais detalhes mais tarde. Dependendo do intervalo e da frquênciafrequência dos sinais captados pelo dispositivo, o resultado pode identificar uma área emsubmarina que opretende navio de pesquisa pretendeser estudarestudada com mais detalhes.

Um aplicação do Hidrofone é monitorar a incidência de acosecos que indiquem a presença de explosivos em alguma área imediata. Essa aplicação pode ajudar um navio de pesquisa a localizar velhas minas que precisam ser desativas, assim como é de suma importância em tempos de guerra para evitar a destruição do navio ou possíveis ataques submarinos causados pelo inimigo<ref>http://www.wisegeek.com/what-is-a-hydrophone.htm</ref>.

Os hidrofones também são usados na exploração de petróleo, registros e localização de vazamentos em dutos subterrâneos, e também em fugas nas redes de abastecimento de água potável, além de estudos biológicos.

Aos arredores doNo final dos anos de 1800, o aumento do tráfico de navios levantou questões relativas à segurança de navegação por meio destes. Adicionalmente, as luzes brilhantes e sirenes emitidas dos faróis e barcos-faróis não conseguiam viajar longe o suficiente para avisar embarcações sobre os perigos de águas superficiais e pedras. Em 1889, a American Lighthouse Board mencionou uma alternativa de um sistema de sino e microfone submarino proposto por Lucien Blake. Em 1901, um grupo de cientistas que acreditavam que sons submarinos iriam prover os mais confiáveis avisos formaram a Companhia de Sinal Submarino ( Submarine Signal Company). Desenvolvendodesenvolvendo equipamento para ser usado para aumentar a segurança de navegações,; a Companhia pode ter, talvez, sido a primeira a aplicar o uso prático de sons submarinos: um sino submarino localizado embaixo de um barco-farol ou perto de um farol que podia ser detectada por receptores instalados em navios. O microfone carbônico desenvolvido por [[ Thomas Edison]] e seus colaborados para os primeiros telefones foram instalados em um container à prova d'água, servindo como um hidrofone para captar o sinal dos sinos submarinos.

Infelizmente, esse tipo de hidrofone também captava sons marítmosmarítimos que não eram desejados (incluindo sons da maquinaria do Navio, sons de ondas e de peixes) o que tornava muito difícil a identificação do som do sino. No meio de abril de 1912, a Companhia de Sinal Submarino pediu a assistência do Engenheiro Reginald A. Fressenden, separa que elele poderiapudesse redesenhar os hidrofones para que estes pudessemfossem capazes de filtrar sons não desejados. Fressenden sugeriu que as fontes (sinos) fossem aprimorados. Ele propôs trocar os sinos por mais fortes geradores de sons elétricos desenhados para produzir um tom audível para mandar os pontos e traços dedo [[Código Morse]] usando sinais acústicos. A Companhia de Sinal Submarino não estava interessada em desenvolver e aprimorar a fonte, então Fressenden concordou em desenvolver um hidrofone mais seletivo.

O desaste com o navio do [[RMS Titanic]]. em 14 de Abril de 1912, pode ter encorajado os cientistas. Após uma semana da trágica colisão do navio com um iceberg, L. R. Richardson preencheipreencheu uma patente para uma invenção que usausava som e ecos de um objeto para determinar distâncias no ar. Essa técnica éera chamada variação do eco. Um mês depois, ele preencheu uma patente de aplicação para fazer o mesmo embaixo da água. Entretanto, nesse momento, um receptor apropriado ainda não existia.

Para encontrarsuprir o desejo da Companhia de Sinal Submarino e improvisar um hidrofone que cumprisse com o desejado, Fressenden desenvolveu um dispositivo para medir a variação de eco. Lembrando uma poderosa caixa de som submarina, ela produzia e detectava som e, mais tarde, foi chamada de Oscilador Fressenden, que foi considerado o primeiro hidrofone.<ref>http://www.dosits.org/people/history/early1900/</ref>

Mais tarde, [[Ernest Rutherford]] contribuiu muito no desenvolvimento de hidrofones piezoelétrico mais avançados.

O Oscilador Fressenden permitia embarcações mandarem sinais telegráficos e emitir uma variação de eco submarina. O Oscilador provou ser a primeira forma prática de um sonar em navios, e a sua tecnologia de base permanece em uso nas modernas embarcações para medir profundidade e distância de objetos submersos. Em meados de 1930, todos os submarinos usavam sistemas telegráficos baseados no Oscilador Fressenden.

O oscilador Fressenden não gera um pulso repetitivo; na verdade, ele era similar a um microfone ou a uma caixa de som em design. Este fazia contato com a água através de uma prato circular de metal. O prato era acoplado em um tubo de cobre, que ligava ao gap circular de um sistema de ímãs. Estes ímãs puxavam uma corrente DC e uma corrente AC. Eles usavam a corrente DC para criar um campo magnético polarizado com um gap circular. E elesque implantava a corrente AC para induzir correntes do tubo de cobre. Uma força era gerada enquanto as correntes induzidas no tubo de cobre faziam um campo magnético que reagia contra o campo de polarização do gap circular.

Esta força criava vibrações acústicas na água. Barcos podiam usar o oscilador para mandar sinais em Código Morse através dade águameios submarinos. Mas isso também era reversível. A corrente AC pode ser conectada à um fone, permitindo ao ouvinte ouvir sons e ecos submarinos. o Oscilador Fressenden foi capaz de detectar ecos de icebergs até duas milhas de distância, ele era capaz de detectar frequências por volta de 1kHz, e pôde também, algumas vezes, ouvir o eco do fundo do mar<ref>http://ethw.org/Fessenden%27s_underwater_ice_finder</ref>.

Durante a [[Primeira Guerra Mundial]] o Oscilador Fressenden foi usado na detecção de submarinos, porém, foi operando em baixas frequências (por volta de 1kH) que o Oscilador tornou-se apropriado para detectar alvos menores. Em épocas de paz, o Oscilador foi usado para medismedir profundidades.

== Princípio Básico de Funcionamento de um Hidrofone==

Um hidrofone consiste em um invólucro semi-rígido, e um eletrodo que funciona como sensor para coletar informações acústicas na forma de sinais eletrônicos. A maioria dos hidrofones usam um sensores piezoelétricos.

O que está por trás de um hidrofone é um dispositivo ou material piezoelétrico (comummentecomumente). O efeito piezoelétrico ocorre naturalmente em um material onde as dimensões físicas dependem da aplicação de pressão e que acaba por produzir um campo elétrico, ou seja, o efeito piezoelétrico nada mais é do que um material que emite uma voltagem elétrica depois de um estresse mecânico. O efeito piezoelétrico é também reversível teoricamente e em, praticamente, muitas ocasiões. Esse efeito pode ser alcançado usando mecanicamente uma série de componentes. Entretanto, em materiais com natureza piezoelétrica o efeito ocorre quando o material consiste em inúmeros dipolos elétricos. Um estresse pode causar a deformação do material e a reorientação dos dipolos induzindo uma carga entre os eletrodos. Muitos materiais piezoelétricos (não naturais) são, por exemplo, cerâmicas de zirconato de titânio (Pb(Zr,Ti)O3) (chamada de PZT, que é a mais utilizada em hidrofones), titanatetitanato de bário (BaTiO3) e nióbio de lítio (LiNbO3). Algumas cerâmicas PZT podem ser dopadas para melhores propriedades piezoelétricas.

Por seu princípio reversor, também pode ser usado como um transmissor (uma variação de voltagem induz uma mudança de geometria que cria uma onda acústica). Este tipo de hidrofone já foi muito usado, por chegar a uma frequência ultrassônica de 1MHz<ref>http://arxiv.org/pdf/1402.2578.pdf</ref>, porém, hoje em dia, foi trocado pelo uso de transdutores piezoelétricos que alcançam maiores frequências<ref>http://arxiv.org/pdf/1207.0324.pdf</ref>.

O protótipo com fibra óptica é baseado emno uso de duas fibras ópticas. O estresse e pressão causados do lado de fora do hidrofone mudam a geometria da primeira fibra. A onda de luz de saída da segunda fibra terá um delay comparada com a onda de luz de saída da primeira fibra (por causa de sua deformação). É este delay que será medido e que converterá o sinal acústico em um sinal elétrico.