Transductores
Transductores Tipos Calibración
Los transductores
Un transductor es cualquier dispositivo capaz de convertir un tipo de energía en otra. Los transductores empleados en acústica convierten energía eléctrica en acústica e inversamente. Así pueden compararse los transductores acústicos empleados bajo el agua con los micrófonos y altavoces usados en el aire pero con las siguientes diferencias fundamentales:
Existen dos tipos de transductores submarinos:
Deben tener una gran estabilidad, alta sensibilidad y respuesta lineal. Asimismo deben ser muy resistentes a altas presiones hidrostáticas e independientes de la temperatura.
Tipos de transductores
Se pueden clasificar en:
| Tipo | Características |
| Explosivos | Generan la señal en el agua mediante una explosión de corta duración y gran ancho de banda. Se aplican en prospección de hidrocarburos, eco-localización marina, posicionamineto y guerra submarina. |
| Cañones y chorros de gas o agua | Emiten a bajas frecuencias(4-1000Hz). Liberan de rápidamente aire, vapor de agua o agua a presión, u otro tipo de gas. Tienen el problema de la formación de burbujas en el agua. |
| Descargas eléctricas de alta potencia o SPARKERS | Generan la seña mediante dos electrodos que descargan un alto potencial entre ellos, vaporizando el agua que los rodea. Inconveniente, las burbujas, que limitan el ancho de banda útil. Varía su frecuencia con la profundidad. |
| Dispositivos hidraúlicos | Genera una onda continua, no un impulso. Usan un motor que mueve un pistón. Frecuencias bajas. Son muy grandes y pesados. |
| Electrodinámicos | Funcionan como un altavoz. Generan señales de poca intensidad acústica. |
| Electrostáticos | Funcionan como un micrófono. Son emisores, receptores. Muy lineales. Se usan como calibradores. |
| Piezoeléctricos | Se basan en materiales capaces de adquirir una gran carga eléctrica entre sus caras al ser sometidos a una fuerza mecánica, como el cuarzo. Inconvenientes: muy sensibles al calor. Algunos además son solubles en agua. |
| Electroestrictivos | Como los piezoeléctricos pero prepolarizados. Inconveniente: se pueden despolarizar. |
| Magnetoesctrictivos | Basados en materiales que cambian de tamaño al ser sometidos a un campo magnético. Gran tamaño y poca potencia, pero gran resistencia mecánica. |
| Otros tipos | Se usan nuevos materiales y sistemas con láser. |
Calibración
La sensibilidad del hidrófono es el voltaje generado en sus terminales por la presión acústica unidad, midiéndose en voltios por microbar. Es una función del ángulo medio desde el eje acústico del hidrófono, de la frecuencia y de la señal generada.
La directividad hidrofónica es una indicación de la fracción de la señal total. El hidrófono permite transformarla en una señal eléctrica. Un hidrófono con igual sensibilidad en todas las direcciones, tendrá un factor directividad unidad y un índice de directividad cero.
Definidos estos parámetros es importante señalar que la calibración de los transductores debe realizarse allí donde vayan a ser utilizados. No obstante, por la dificultad que esto supone, se suelen utilizar tanques experimentales que reproducen las condiciones de esos medios. El problema es que se producen reflexiones en las paredes del tanque que no se producirían en principio en el medio natural. Esas dificultades que nos llevan a usar tanques estarían principalmente relacionadas con los problemas de ruido que habría, y que no deben existir durante la calibración.
La calibración de un transductor consiste en la determinación de su respuesta en función de la frecuencia y la dirección. Cuando lo calibramos en un tanque hay que tener en cuenta que el tiempo de llegada de las señales reflejadas en las paredes del tanque es mayor que el de la señal directa, ya que esta recorre menos distancia. Es esta señal la que hay que considerar.
Para evitar las reflexiones necesitaríamos unas paredes muy absorbentes, pero su coste es muy elevado.
En la calibración utilizamos impulsos, en vez de ondas continuas, para poder diferenciar la onda directa de las reflexiones.
Consideraciones a tener en cuenta al diseñar el tanque:
Forma paralelepípeda generalmente.
Tres parámetros:
Siendo l, h y b las dimensiones laterales del tanque, c la velocidad del sonido en el agua y t la duración del impulso en milisegundos.
Vemos que la duración del pulso debe ser lo suficientemente pequeña para que las ondas reflejadas sean recibidas después de la onda directa. La duración del impulso también se ve influida por el menor valor de la frecuencia que se va a utilizar en la calibración.
siendo a la dimensión significativa del emisor, λ la longitud de onda de la frecuencia empleada y d la distancia de separación entre los transductores.
Método de reciprocidad: no necesita un patrón pero requiere medidas más complejas que afectan a varios transductores. Se basa en el principio de reciprocidad electroacústica. Uno de los transductores debe ser de funcionamiento recíproco, otro debe ser un proyector y un tercero debe ser el hidrófono que se desea calibrar. Los tres transductores se sitúan a igual distancia r unos de otros:
éste método tiene dos etapas; en la primera P es recorrido por una corriente I, midiéndose el voltaje en los terminales de salida de H y de T.R.; en la segunda, T.R. actúa como proyector y es recorrido por I, y se mide el voltaje en H.