Hydrophone biến tiếng động dưới nước thành tín hiệu điện như thế nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 11
Một hydrophone áp điện nhận những biến thiên áp suất của sóng âm dưới nước. Áp suất làm phần tử nhạy chịu biến dạng, tạo tín hiệu điện để mạch thu ghi lại. Nó có thể nghe mà không cần tự phát một tiếng rồi chờ tiếng vang.
Nước truyền dao động tới đầu thu
Sóng âm tạo những vùng áp suất tăng và giảm so với nền. Phần tử áp điện được bố trí để đáp ứng với tác động ấy. Vật liệu không phải hút một dòng nước liên tục vào trong mới nhận được âm.
Một lớp bọc phù hợp giúp bảo vệ phần điện và đồng thời truyền dao động cơ tới cảm biến. Chỉ bọc một micro không khí bằng vỏ kín bất kỳ chưa bảo đảm có một hydrophone đo đúng: vỏ và tương tác với nước cũng thuộc hệ đo.
Điện tích rất nhỏ vẫn cần một đường đọc thích hợp
Biến dạng phần tử áp điện tạo điện tích hoặc điện áp theo cấu hình. Cáp nối, trở kháng mạch thu và bộ tiền khuếch đại ảnh hưởng cách tín hiệu được ghi.
Có hydrophone có bộ khuếch đại tích hợp, có loại dùng khâu ngoài. Vì vậy “đầu cảm biến tự tạo tín hiệu” không có nghĩa toàn hệ ghi âm không cần điện. Bộ nhớ, chuyển đổi số và nhiều mạch khác vẫn cần nguồn.
Nghe được khác đo được áp suất chính xác
Muốn từ điện áp suy mức áp suất âm, phải biết độ nhạy của đầu thu theo tần số và điều kiện hiệu chuẩn. Một đầu thu có thể đáp ứng khác ở âm thấp và âm cao; cộng hưởng của cấu trúc cũng có thể làm tín hiệu thay đổi.
Ví dụ, nghiên cứu tiếng động vật biển cần phân biệt âm của môi trường với nhiễu của mạch, cáp hoặc chuyển động đầu thu. Nghe một bản ghi to hơn không tự chứng minh nơi đó có áp suất âm lớn hơn nếu mức khuếch đại đã đổi.
Độ sâu làm áp suất nền thay đổi và đặt yêu cầu chịu tải cho thiết bị. Điều ấy không đồng nghĩa tín hiệu âm cần đo chỉ là số đo áp suất thủy tĩnh.
Hiểu lầm: mọi hydrophone đều là sonar chủ động và tự biết khoảng cách nguồn. Một đầu nghe thụ động đơn lẻ không mặc định cho đủ vị trí hay khoảng cách; cần dữ liệu và bố trí bổ sung.
Ghi nhớ: áp suất âm tạo đáp ứng cơ–điện; hiệu chuẩn mới nối tín hiệu điện với đại lượng âm trong nước.
Đọc thêm
- Micro electret đổi dao động âm thành tín hiệu điện bằng cách nào?
- Cảm biến lùi ô tô biết có vật cản bằng tiếng vang như thế nào?