ΥΔΡΟΦΩΝΟ

ΥΔΡΟΦΩΝΟ

ΥΔΡΟΦΩΝΟ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Το υδρόφωνο είναι μία ηλεκτροακουστική συσκευή παρόμοια με το μικρόφωνο,ειδική για τη μετάδοση,λήψη και καταγραφή ελαστικών ηχητικών κυμάτων μέσα στο νερό.

Το υδρόφωνο είναι μία ηλεκτροακουστική συσκευή παρόμοια με το μικρόφωνο,ειδική για τη μετάδοση,λήψη και καταγραφή ελαστικών ηχητικών κυμάτων μέσα στο νερό

 Τα υδρόφωνα χρησιμοποιούνταν από πλοία και υποβρύχια για τον εντοπισμό υποβρυχίων καθώς και κοπαδιών ψαριών.

Το υδρόφωνο 

 Σήμερα έχουν αντικατασταθεί από συσκευές ανίχνευσης υπερήχων και ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΦΩΝΟΥ

  Για πρώτη φορά τα υδρόφωνα χρησιμοποιήθηκαν  υποβρύχια τηλεγραφήματα, παρά ως σόναρ,κατά τη διάρκεια του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου,από τα συνοδά πλοία των νηοπομπών.

Υδρόφωνο  του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου  

 Ο σκοπός τους ήταν να εντοπίζουν τα γερμανικά υποβρύχια.Από τα τέλη του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου μέχρι την εισαγωγή των ενεργών σόναρ,τα υδρόφωνα ήταν η μόνη μέθοδος για την ανίχνευση υποβρυχίων.

Η συσκευή υδροφώνου του Ernest Rutherford

  Ο Ernest Rutherford,στην Αγγλία ερευνά τις πιεζοηλεκτρικές συσκευές και πήρε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για μια συσκευή υδροφώνου.Η ακουστική σύνθετη αντίσταση των πιεζοηλεκτρικών υλικών διευκολύνει τη χρήση τους ως αισθητήρες στα υποβρύχια.Το πιεζοηλεκτρικός υδρόφωνο χρησιμοποιήθηκε στα τέλη του Α Παγκοσμίου Πολέμου,με την συνοδεία των συνοδών ανίχνευσης U-σκαφών. 

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΥΔΡΟΦΩΝΟΥ

 Τα υδροφώνα είναι ένας τύπος αισθητήρα.Η λειτουργία των περισσοτέρων τύπων υδροφώνων βασίζεται κυρίως στο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.Πιο συγκεκριμένα τα περισσότερα υδρόφωνα βασίζονται σε ένα πιεζοηλεκτρικό μετατροπέα που παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν υποβάλλονται σε μεταβολή πίεσης.Τέτοια πιεζοηλεκτρικά υλικά μπορούν να μετατρέψουν ένα ηχητικό σήμα σε ένα ηλεκτρικό σήμα αφού ο ήχος είναι ένα κύμα πίεσης.

Τα υδρόφωνα βασίζονται σε ένα πιεζοηλεκτρικό μετατροπέα που παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν υποβάλλονται σε μεταβολή πίεσης

 Ορισμένα αισθητήρια μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως μια συσκευή προβολής,αλλά δεν έχουν όλα αυτή την ικανότητα.Ένα υδρόφωνο μπορεί να "ακούει" τον αέρα,αλλά  έχει  καλή ακουστική αντίσταση στο νερό.

Σε αυτή την εικόνα,ήχος μεταδίδεται από το πλοίο και αντανακλάται από το βυθισμένο υποβρύχιο.Ο ήχος που ανακλάται φτάνει αρχικά στο Α,μετά  στο Β και τελικά στο υδρόφωνο Γ

 Ομοίως, ένα μικρόφωνο μπορεί να θαφτεί στο έδαφος ή να βυθιστεί στο νερό,αν τεθεί σε αδιάβροχο δοχείο, αλλά θα δώσει εξίσου κακές επιδόσεις που οφείλονται στην κακή αντίσταση ακουστικής.

ΚΑΤΕΥΘΥΝΤΙΚΑ ΥΔΡΟΦΩΝΑ

 Ένα μικρό κυλινδρικό κεραμικό αισθητήριο μπορεί να επιτύχει σχεδόν τέλεια κατευθυντική υποδοχή.Τα κατευθυντικά υδρόφωνα αυξάνουν την ευαισθησία από τη μία κατεύθυνση,σύμφωνα με δύο βασικές τεχνικές:

α) Εστιασμένοι μορφοτροπείς

 Ο εστιασμένος μορφοτροπέας χρησιμοποιεί ένα μόνο αισθητήριο με κάποιο δισκοειδή ή κωνικό ανακλαστήρα για την εστίαση των λαμβανόμενων ηχητικών κυμάτων με παρόμοιο τρόπο όπως ένα κατοπτρικό τηλεσκόπιο.

Ο εστιασμένος μορφοτροπέας χρησιμοποιεί ένα μόνο αισθητήριο με κάποιο δισκοειδή ή κωνικό ανακλαστήρα για την εστίαση των λαμβανόμενων ηχητικών κυμάτων με παρόμοιο τρόπο όπως ένα κατοπτρικό τηλεσκόπιο

 Αυτό το είδος του υδροφώνου πρέπει να χρησιμοποιείται σε στάση, καθώς ο ανακλαστήρας εμποδίζει την κίνησή του μέσα στο νερό.Ένας νέος τρόπος για να κατευθύνει είναι να χρησιμοποιήσει ένα σφαιρικό σώμα γύρω από το υδροφώνο.Το πλεονέκτημα των σφαιρικών υδροφώνων κατευθυντικότητας είναι ότι τα υδρόφωνα μπορεί να μετακινηθούν μέσα στο νερό απαλλάσσοντας τα από τις παρεμβολές που παράγονται από ένα κωνικό στοιχείο.

β) Συστοιχίες υδροφώνων 

 Αν τοποθετήσουμε πολλά υδρόφωνα σε κατάλληλη διάταξη προκύπτουν συστοιχίες υδροφώνων με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά κατευθυντικότητας.

Ο κύριος λοβός μίας συστοιχίας υδροφώνων μπορεί να στρέφεται κάθε φορά προς την επιθυμητή κατεύθυνση,με ηλεκτρονικό τρόπο

 Ο κύριος λοβός μίας συστοιχίας υδροφώνων μπορεί να στρέφεται κάθε φορά προς την επιθυμητή κατεύθυνση,με ηλεκτρονικό τρόπο.Η πιο συνήθης διάταξη υδροφώνων είναι η γραμμική,αλλά σπάνια υπάρχουν επίσης συστοιχίες δύο και τριών διαστάσεων.

Οι συστοιχίες υδροφώνων του αμερικανικού συστήματος SOSUS,τα οποία στο βυθό της θάλασσας και συνδέονται με υποβρύχια καλώδια

  Οι συστοιχίες υδροφώνων του αμερικανικού συστήματος SOSUS,τα οποία στο βυθό της θάλασσας και συνδέονται με υποβρύχια καλώδια,χρησιμοποιήθηκαν από τη δεκαετία του 1950 και καθ' όλη τη διάρκεια του ψυχρού πολέμου,για τον εντοπισμό και την παρακολούθηση των κινήσεων των Σοβιετικών υποβρυχίων,κατά μήκος της γραμμής Γροιλανδίας-Ισλανδίας-Μ. Βρετανίας (GIUK).

ΥΔΡΟΦΩΝΟ ΚΑΙ ΝΕΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

 Στο τελικό στάδιο βρίσκεται η κατασκευή ενός προηγμένου συστήματος επικοινωνίας με τα δελφίνια.Το σύστημα αναπτύσσεται σε ερευνητικό κέντρο της Φλόριδα που επικεντρώνεται στην μελέτη των δελφινιών και την ανάπτυξη μεθόδων επικοινωνίας ανάμεσα σε μας και εκείνα.

Ερευνητικό κέντρο της Φλόριδας

 Το σύστημα αποτελείται από υδρόφωνα που εντοπίζουν τους ήχους που κάνουν τα δελφίνια και τους μεταδίδουν σε ένα "υποβρύχιο" υπολογιστή που έχει μαζί του κάποιος δύτης.Ο υπολογιστής αποκωδικοποιεί τους ήχους και παράγει απαντήσεις επιτρέποντας έτσι σε ανθρώπους και δελφίνια να επικοινωνήσουν σε μια κοινή γλώσσα.

ΥΔΡΟΦΩΝΟ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΕΝΗ ΚΟΛΥΜΒΗΣΗ

 Το υδρόφωνο είναι ένα απαραίτητο μέσο μετάδοσης της μουσικής μέσα στο νερό.Στην Συγχρονισμένη Κολύμβηση οι αθλήτριες περνούν αρκετή ώρα του προγράμματός τους κάτω από την επιφάνεια του νερού.Το υγρό στοιχείο,ως γνωστό,εμποδίζει την μετάδοση του εξωτερικού ήχου,οπότε ήταν επιβεβλημένη η ανάγκη για δημιουργία ενός ηχείου που να μπορεί να μεταδίδει τον ήχο κάτω από το νερό.

Τα υδρόφωνα είναι εφοδιασμένα με ένα μηχάνημα εξομείωσης του ήχου,για να μπορούν οι αθλήτριες να ακούν τον ίδιο ήχο και έξω και μέσα στο νερό

 Η σύνθεση των μορίων του νερού,όμως,μεταφέρουν το ήχο πιο γρήγορα από τον ατμοσφαιρικό αέρα.Γι' αυτό τον λόγο,τα υδρόφωνα είναι εφοδιασμένα με ένα μηχάνημα εξομείωσης του ήχου,για να μπορούν οι αθλήτριες να ακούν τον ίδιο ήχο και έξω και μέσα στο νερό.