Hidrofone: diferenças entre revisões

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 que 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.

 

 

=== Aplicações ===

Um amplificador eletrônico pode suplementar o dispositivo. Este amplifica o sinal recebido e então aumenta a ocorrência de medidas. Adicionalmente, um conversor analógico-digital é necessário para converter o sinal gravado pelo hidrofone (analógico) em um sinal que pode ser processado e armazenado em um computador (digital).

 

 

A qualidade da transcrição dos sons depende das características e qualidade do hidrofone, mas, também, e, principalmente, da localização do hidrofone em relação à fonte e das condições das informações gravadas. Hoje em dia, os hidrofones operam em frequências ultrassônicas bem acima do que o ouvido humano é capaz de detectar (chegando a ordem de centenas de MHz, dependendo do hidrofone)<ref>http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=1192575&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D1192575</ref><ref>http://urrg.eng.usm.my/index.php?option=com_content&view=article&id=69:hydophone-designs-and-principle&catid=31:articles&Itemid=70</ref>.

 

 

 

 

[[File:Influence du champ magnétique sur le spin des électrons.png|thumb|Influência do campo magnético sobre spins de elétrons]]

 

 

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>.

 

 

Uma das maiores preocupações desse modelo era maximizar a [[Relação sinal-ruído]], para isso, fibras ópticas mais largas forma usadas para melhorar esse tipo de problema. Esse tipo de hidrofone ainda está sob desenvolvimento mais parece ser promissor para o futuro por sua flexibilidade e boa sensibilidade, chegando até próximo de 50MHz<ref>http://www.emeraldinsight.com/doi/pdfplus/10.1108/eb007722</ref>.

 

[[File:Principe hydrophone optique.png|thumb|Esquemático de um Hidrofone de Fibra Óptica]]

 

 

Novos transdutores piezoelétricos de materiais poliméricos tem sido estudados por sua estrutura robusta e flexível que, algumas vezes, ultrapassam o desempenho das famosas cerâmicas (que são normalmente usadas) e também por seu baixo custo. Essas características tornam esses polímeros piezoelétricos concorrentes da cerâmica PZT (altamente utilizada em hidrofones). Nesse contexto, desenvolveu-se em 2009 um novo arranjo de tubos poliméricos de múltiplos canais que foram termicamente moldados e depois expostos a um intenso campo elétrico criando sensores com elevado efeito piezoelétrico. Este novo dispositivo foi chamado de Piezoeletreto de Canais Tubulares (PCT) que tem tido excelentes resultados na captação de frequências. A baixa impedância acústica de materiais poliméricos fazem com que haja menores perdas na propagação de ondas ultrassônicas. A flexibilidade possibilita a acomodação de substratos em diversos formatos o que torna esse tipo de hidrofone algo interessante a ser estudado<ref>http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18154/tde-19082014-090146/pt-br.php</ref>.

Hidrofones não direcionais captam som de todas as direções com igual sensibilidade, já hidrofones direcionais tem uma mais alta sensibilidade em alguma direção em particular. Hidrofones direcionais são construídos através de vários hidrofones não direcionais, mas também podem ser criados através de um arranjo de hidrofones. Arranjos de hidrofones são criados conectando diversos hidrofones (não direcionais) em locais conhecidos. O som alcançará os diversos dispositivos em diferentes tempos, dependendo da fonte sonora da qual provém o som. A diferença entre a chegada do sinal acústico pode usada no cálculo para determinar de onde o som está vindo. Arranjos simples de apenas dois hidrofones podem ser usados para detectar a origem do som. Arranjos são, relativamente, mais efetivos do que somente um hidrofone pois eles são capazes de filtrar sinais acústicos de outras direções. Esse tipo de arranjo também aumenta a [[Relação sinal-ruído]], o que faz com que se torne possível detectar sons que antes não poderiam ser ouvidos por somente um hidrofone. Este tipo de arranjo é geralmente usado em sensores para detectar sons<ref>http://www.ece.gatech.edu/academic/courses/ece4007/08fall/ece4007l01/ws5/hydrophone.doc</ref>.

 

 

 

No hidrofone, a sua voltagem de amplitude será proporcional à área de atividade do sensor. Dispositivos mais sensíveis alcançam uma maior área para detecção de sinais. O caráter direcional ou não direcional do hidrofone também deve ser levado em consideração quando tratamos desse quesito.

== Aplicações ==

 

 

Hidrofones tem a capacidade de detectar objetos distantes podendo serem utilizados na detecção de navios ou submarinos (usando arranjos de hidrofones) inimigos não declarados além de serem importantes no desativamento de minas submarinas esquecidas do pós-guerra ou objetos pequenos. São amplamente utilizados em navios e submarino para ajudar nos serviços navais de proteção, além de serem usados como “telefone” marinho onde transdutores são usados para a comunicação entre dois navios ou submarinos<ref>http://www.thermofisher.com.au/Uploads/file/Environmental-Industrial/Process-Monitoring-Industrial-Instruments/Sound-Vibration-Stress-Monitoring/Underwater-Acoustic-Transducers/ITC/pdf/ITC-Hydrophones-Applications.pdf</ref>.

Instalações renováveis de óleo e gás fazem som submarino. Esse tipo de construção marinha pode ser prejudicial para peixes e mamíferos marinhos como baleias e focas. Hidrofones ajudam a monitorar esse tipo de som após e durante o desenvolvimento desse tipo de construção para torná-lo menos nocivo aos animais marinhos que vivem na região. Além disso, vazamentos de gás e óleo podem ser detectados por arranjos de hidrofones, além disso, hidrofones ajudam na descoberta de novos reservatórios marinhos de gás ou óleo importantes para o desenvolvimento tecnológico da indústria e tecnologia<ref>http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/AllWeb/8D75F261BB1EBAF5C1257BE3004464C9?OpenDocument</ref>.

 

 

A maioria dos cetáceos, principalmente golfinhos, se comunicam em frequências ultrassônicas que podem ser escutadas somente com o uso de hidrofones. A comunicação entre esses seres é de vital importância para o estudo da biologia principalmente tratando-se de golfinhos já que estes são considerados o segundo animal mais inteligente do planeta Terra<ref>http://hypescience.com/animais-mais-inteligentes-do-mundo/</ref>.

O cérebro dos golfinhos supera o cérebro humano em muitos aspectos. A complexidade do córtex cerebral dos golfinhos é enorme. O número de neurônios é 50% maior que o do homem. O cérebro humano adulto pesa cerca de 1450 gramas e o do golfinho cerca de 1700 gramas, o que os torna um grande objeto de estudo. Os golfinhos apresentam um grande desenvolvimento psíquico, e sua inteligência é comparável ou maior à dos primatas. Os golfinhos apresentam um grau de inteligência similar à de seres humanos, mas ainda existem diversos estudos em andamento para comprovar e quantificar esses níveis de inteligência. O cérebro grande e evoluído dos golfinhos pode ser consequência das necessidades de comunicação em baixo da água e para usarem o sonar com precisão<ref>http://www.anda.jor.br/12/09/2013/golfinhos-e-suas-capacidades-incriveis</ref>.

[[File:Whales and Dolphins whale nature sounds songs nueva esparta.ogg|thumb|Som captado entre golfinhos e baleias]]

 

 

As desvantagens do uso de hidrofones é que eles somente podem ouvir diferentes sons e pressões além de ter sua habilidade limitada quando colocado diante de muitos objetos, fenômenos naturais ou sons artificiais. Hidrofones são mais efetivos quando são do caráter direcionais, enquanto sonares são efetivos sendo não direcionais; nem todos os hidrofones funcionam no seu caráter reverso (como transmissores), porém, sonares são tanto emissores quanto transmissores.

 

 

 

O hidrofone a ser calibrado (hidrofone de calibração) é colocado no foco de um outro hidrofone (hidrofone referência) previamente calibrado. O hidrofone referência é alinhado para maximizar o sinal do hidrofone de calibração acionando o máximo da sua gama de frequência. A tensão de condução é então varrida por toda a faixa de frequência do hidrofone de calibração, em cada uma das frequências de saída do hidrofone de referência, é feito uma medida digital para separar a frequência principal de seus harmônicos que podem estar presentes no sinal. Como o hidrofone referência foi previamente calibrado, de modo que a tensão nele causada pode ser traduzida em um valor de pressão, a calibração da frequência do hidrofone de calibração será em função da pressão na posição focal onde este foi colocado. O hidrofone de referência é então substituído por um hidrofone a ser calibrado, e há um realinhamento. O processo é novamente repetido, e o sinal de saída desse novo hidrofone é determinada e registrada. Essa tensão é então dividida pela pressão, novamente, para determinar seu valor em Volts por Pascal.

 

 

Um hidrofone de referência (previamente calibrado) é colocado em uma posição não linear de um campo acústico gerado por um transdutor circular plano que gera uma onda senoidal. A posição de alinhamento foi escolhida onde muitos harmônicos da frequência fundamental são gerados durante a distorção de pressão causada por uma propagação não linear. Usando um filtro passa-alta, o hidrofone de referência é então alinhado para maximizar sua frequência, e as pressões produzidas pelo hidrofone referência são gravadas após a retirada do filtro. É feito um cálculo que converte essas pressões em valores de voltagem e, então, cada harmônico é determinado. Agora, o hidrofone referência é substituído por um hidrofone a ser calibrado, que será alinhado na mesma posição, que receberá as gravações de ondas de pressão do hidrofone referência. Logo depois é feito um cálculo para a determinação da voltagem de cada harmônico<ref>http://www.ondacorp.com/images/brochures/Onda_HydroCalMethod.pdf</ref>.

 

* [[Microfone]]

* [[Sonar]]