HBK水聽器選型指南
2024-01-24
Brüel & Kj?r成立于1942年，已成為聲學與振動質量的測量和管理高級技術供應商，使用核心競爭力以及全面的產品和解決方案，為客戶解決聲學與振動方面的挑戰。從二十世紀50年代以來，已成為其他產品所對照的標桿產品。Brüel & Kj?r與HBM公司于2019年1月合并為HBK。
HBK水聽器是用于測量水聲音傳播的傳感器，是水聲研究的必備設備。HBK公司在航空航天航海及國防領域有諸多應用案例，美國洛克希德馬丁、英國BAE、德國DLR、法國DCNS等廣泛使用HBK的水聽器及數據采集分析系統（聯系Accexp獲取應用案例，亦可提供高性能數據采集分析系統解決方案）。
有了毋庸置疑的數據質量，就能更好地進行各種科研測量及實驗。挪威Heggernes的水聲試驗場為所有類型的北約船舶測量聲學印記，挪威皇家海軍Kjell Johnsen說:“當我們告知他們使用的是Brüel & Kj?r，根本就不必討論數據是否準確了。”
HBK水聽器目前可提供的型號分別為：
8103 型微型水聽器
8104 型校準標準水聽器
8105 型球形水聽器
8106 型低噪聲水聽器
每個水聽器：
單獨校準
具有平坦的頻率響應
在寬頻率范圍內全向絕對防水
具有高耐腐蝕性
采用無鉛丁腈橡膠制造
具有屏蔽元件結構
HBK水聽器是壓電換能器。陶瓷壓電傳感元件及其內部支撐結構永久粘合到透聲、無鉛的丁腈橡膠中。
內部支持
支撐結構由金屬合金制成,在幾乎所有惡劣環境中都具有極強的耐腐蝕性并且在浸入海水中時具有非常好的防污性能。請注意,8105 型完全被丁腈橡膠覆蓋,沒有金屬部件暴露。
內部支撐與金屬外殼機械和電氣隔離,僅通過合成橡膠耦合。這提供了傳感元件的振動隔離。除 8106 型外,水聽器均配有一體式電纜,其屏蔽層連接到內部支架/外殼，從而為傳感元件提供電屏蔽。
高電磁干擾
8103 型的支撐體在內部連接到整體電纜的外屏蔽層,該電纜又連接到電纜端接插頭端的內屏蔽層。對于高電磁干擾的情況,可以將金屬屏蔽夾在金屬支撐體上。
單獨校準
每個HBK水聽器在單獨校準之前都經過廣泛的老化和溫度穩定程序。每個水聽器都提供單獨的校準數據和頻率響應曲線。水聽器的接收靈敏度校準可溯源至國際標準。
一、HBK水聽器詳細介紹
1、HBK 8103型微型水聽器
HBK 8103型微型水聽器,相對其尺寸而言具有高靈敏度和良好的綜合特性;適用于實驗室、工業和教育用途。例如,在測量超聲波清洗槽中的壓力分布模式時，其高頻響應非常有價值。
用途
氣蝕測量
液體中的超聲波測量
海洋動物的聲學調查
液體和氣體的實驗室和工業測量
潮濕和污染環境中的噪聲測量
特征
頻率范圍:0.1 Hz至180 kHz
接收靈敏度: -211dB re 1V/uPa
尺寸非常小 (50 X 9.5 毫米)
15 kHz 空氣中-3 dB 限制
整體電纜末端帶有 10-32 UNF 連接器 (公頭) ,長度從 1到 400 m(3.3 至 1312
A:一體式低噪聲雙屏蔽電纜 B:安裝密封 C:支撐體:CuNi D:無鉛丁腈橡膠 E:聲學中心
2、HBK 8104 型校準標準水聽器
HBK 8104 型水聽器一種寬范圍標準測量傳感器,也可用作聲音發射器(投影儀),這使其成為通過互易、校準投影儀和比較方法進行校準的理想選擇。
用途
校準參考標準
水下投影儀
液體中的超聲波測量
液體和氣體的實驗室和工業測量
潮濕和污染環境中的噪聲測量
特征
頻率范圍:0.1 Hz 至 120 kHz
接收靈敏度:-205 dB re V/uPa
帶有 BNC 連接器的一體式電纜,長度為 10 至200 m (32.8 至656f)
一體式電纜末端帶有潛水連接器,長度 10 m (32.8 ft)
A:一體式低噪聲電纜 B:銅鎳支撐體 C:無鉛丁腈橡膠 D:聲學中心
3、HBK 8105型球形水聽器
HBK 8105型球形傳感器,結構堅固,能夠承受高達 9.8 MPa (100 atm;1000 m (3250 ft)海洋深度)的壓力。該水聽器具有出色的方向特性在 100 kHz 時,它在xy (徑向平面內為 360,在xz (軸向)平面內為 270°全向。
用途
液體中的超聲波測量
液體和氣體的實驗室和工業測量
水下聲音發射器
潮濕和污染環境中的噪聲測量
特征
頻率范圍:0.1 Hz至160 kH
接收靈敏度:-205 dB re 1V/uPa
球形
全頻率范圍內的全向性
完全包裹在橡膠中7 kHz 空氣中-3 dB 限制
可承受 9.8 MPa的靜水壓力(大約相當于1000米的水柱)
帶有 BNC 連接器的一體式電纜,長度為 10 至200 m (32.8 至 656f)
一體式電纜末端帶有潛水連接器,長度 10 m(32.8 ft)
A:一體式低噪聲電纜B:定位帶C:無鉛丁腈橡膠D:聲學中心
4、HBK 8106型低噪聲水聽器
HBK 8106型低噪聲水聽器一種范圍廣泛的通用傳感器能夠承受高靜壓,操作上限為 9.8 MPa (100 atm;1000 m (3250ft)海洋深度)集成的防水連接器可以斷開電纜,使更換和存放變得非常容易。
內置前置放大器
高品質、厚膜、低噪聲、10 dB 內置前置放大器為長水下電纜的傳輸提供信號調節。前置放大器具有7Hz 高通濾波器和插入電壓校準設施,但不允許將水聽器用作投影儀。
用途
測量微弱的水下信號
特征
頻率范圍:3 Hz至 80 kHz
接收靈敏度: -173dB re 1 V/uPa
耐用的結構等效噪音水平遠低于零海況
可承受9.8 MPa的靜水壓力 (相當于約1000米水柱)
A:防水連接器 B:鋁青銅(CuAl10Ni5Fe4)支撐體 C:無鉛丁腈橡膠 D:聲學中心
二、HBK水聽器頻率響應和方向性模式
HBK水聽器的典型頻率響應如下圖所示。這些是在自由場條件下的水箱中通過使用 Brüel & Kj?r PULSE? LabShop校準系統的脈沖技術實現的測量結果。
典型接收頻率特性（dB re 1 V/μPa）
HBK水聽器具有非常好的全向特性。水中聽音器的典型方向性圖如下圖所示。這些極性方向性圖是在水箱中通過選通技術實現的自由場條件下測量的。該方法需要標準水聽器作為發射器，未知水聽器作為接收器，其極性方向性圖待確定。
典型指向性圖
三、HBK水聽器水下和水上使用
HBK水聽器電纜具有良好的電氣屏蔽性能。這使得水聽器能夠在空氣和水中使用，其中水的電勢與地電勢不同，以及在高電磁干擾的情況下。所有水聽器連接器都是干插連接器，其中一些是潛水式的。干插連接器在水下時無法連接/斷開。
空氣和水中的水聽器電纜和連接器
四、HBK水聽器電纜參數
8103、8104和8105型具有帶有非浸沒式連接器端接的一體式電纜。
8103.8104 和8105型集成電纜的最小和最大長度
8104和8105型還可作為定制訂單提供8104-W 型和8105-W 型)配有10m一體式電纜,端接潛水式連接器。
使用的原始電纜是防水或阻水的:
防水: 防水
阻水:不漏水且能完全承受水壓
8103 型電纜
原始電纜AC-0043 防水,但不防水,它是一種雙屏蔽電纜,端接同軸 10-32 UNF 插頭(公連接器)。8103 型的使用深度僅限于其整體電纜的最大長度。
8104 和8105 型電纜
原始電纜AC-0034 符合 MIL-C-915標準,是一種防水電纜,端接 BNC 插頭。
整體電纜的最大長度為 200 m (656,但水聽器可在比更大的深度使用。要在大于整體電纜最大長度的深度使用 8104和 8105 型 必須將整電纜上的BNC 連接器替換為兩個潛水連接器”
JP-0415:與 JJ-0415 配套的潛水塞
J-0415:與JP-0415 配套的潛水插座
將JP-0415連接到一體式電纜,然后將其連接到 JJ-0415,即可使用以下潛水延長電纜：
AO-1431:帶有兩個潛水連接器的水下電纜
AO-1432:帶一個潛水連接器的濕轉干電纜
這種電纜/連接器配置將 8104 型水聽器的探測范圍擴展至 400 m (1312 英尺),將 8105 型的探測范圍擴展至 1000 m(3250 英尺)。
8106型四芯電纜
8106 型低噪聲水聽器具有一個潛水連接器,該連接器是水聽器青鋼主體支架的集成部分。
有兩種電纜可與 8106 型一起使用:
AO-1433:帶有兩個潛水連接器的水下電纜
AO-0390:帶一個潛水連接器的濕轉干電纜
這兩種電統均使用原給電練 AC-0101,這是一種帶加固的屏蔽 4 電統,原始電績可以承受高負載:使用中為 1300 N,近烈負為 2600N,這使得電績足夠堅圍,可以在 1000 m3250 )的海洋深度進行自支撐測,盡管電績強度很高,但每當電給受到動態運動時,始終建議使用某種形式的電練應變釋放裝置。
五、HBK水聽器空氣中的測量
水聽器對于極端環境下的測量特別有用。
非常高的濕度、非常高的溫度或污染的大氣等條件，這些條件可能會損壞普通麥克風或影響其性能。
水聽器還可用于測量極高的聲壓級。
請注意，8103 型對加速度非常敏感,軸向振動時加速度高達115 dB/ms-2,垂直于水聽器軸振動時加速度高達128 dB/ms-2。與水聽器一樣,dB 參考壓力為 1uPa。
空氣中的典型接收特性xy平面中的8103、8104、8105和8106型
六、HBK水聽器用作聲音發射器
HBK 8103、8104和8105型水聽器可用作聲音發射器，用于測量和互易校準。正如壓電效應通過機械激勵產生電輸出一樣，向換能器施加交流電壓將在壓電元件中產生機械激勵。
水中施加電壓的發射響應如圖 9 所示請注意 12 dB/倍頻程斜率，這是恒定電壓輸入驅動的壓電水聽器的典型斜率。
8103、8104和8105型的典型電壓發射響應
七、HBK水聽器信號調理和數據采集
信號調節
在某些情況下,有必要通過信號調理放大器路由高阻抗輸出信號。盡管國際標準要求校準水聽器的電壓靈敏度 (使用電壓放大器) ,但使用電荷放大器通常更實際，這將導致電荷靈敏度與實際電纜長度無關。
8106型
內置前置放大器提供不需要進一步調節的輸出信號。
8103 -8105型
雖然整個Brüel & Kj?r 系列加速度計前置放大器均適用,但 NEXUS?系列調節放大器(產品數據: BP 1702)推薦使用,因為它具有靈敏度調節功能(為了方便輸出值 0.1 或 1V/單位)、具有寬頻率范圍并具有可調節的低通和高通濾波器。
連接充電輸出
如果要將充電輸出（例如，8103、8104 和 8105 型的輸出）連接到 CCLD 輸入，可以使用 2647 型充電至 CCLD 轉換器（產品數據： BP 1874）。
停產的Brüel & Kj?r 信號調節器
以下信號調節器已不再生產，但仍可使用：
2635型調節放大器，需要使用專用連接器端接的電纜，稱為 B&K 7 針連接器，例如電AO?0390
2525 型測量放大器需要 BNC 至 TNC 適配器，例如適配器 JP?0226
數據采集
推薦的水聽器數據采集方式為 LAN?XI 1?ch。輸入+1通道。3161型輸出模塊（產品數據：BP 2215）。該模塊的輸入和輸出通道的頻率范圍為 DC 至 204.8 kHz。
8103型
JP-0145:10-32 UNF 同軸插座 (母連接器)至 BNC 插頭JP-0162:10-32UNF 同軸插座至 TNC 插頭
8104 和 8105 型
這些水聽器可以直接連接到 LAN-XI 數據采集模塊3161 型與 NEXUS 信號調節器一起使用
JP-0226BNC插座轉 TNC 插頭
8106型
WL-1260B&K7針插座至7針 LEMO 插頭
左：7 針LEMO插頭 右：7 針B&K插頭
連接測量鏈
圖概述了用于將水聽器連接到推薦的信號調節和數據采集硬件的電纜選項。根據信號調節和/或數據采集硬件，您可能需要適配器將連接器從一種類型轉換為另一種類型。請注意，適配器是不可浸入水中的。
測量鏈連接
八、HBK水聽器校準
4229型水聽器校準器
在低頻下，水聽器的靈敏度在空氣中與在水中相同，可以使用 4229 型水聽器校準器（產品數據：BP 1024）檢查校準情況。校準器包括8103、8104和8105型耦合器以及氣壓計，以dB為單位提供大氣壓力校正。8106型耦合器可單獨購買。
可追溯的校準
耦合器體積中的聲壓級可以使用半英寸麥克風進行監控（見圖12），從而使校準可追溯至國際標準。
遵守標準
九、HBK 8103、8104、8105和8106型水聽器規格
8106 型的附加規格：
最大限度輸出信號： 12V 電源:3.5V或28 mA、24V電源:7.0V或28 mA
最大限度功率輸出：50mW
輸出阻抗<30Ω
高通濾波器：-3 dB at 7 Hz (2 Hz)
直流紋波抑制 (20 Hz 至 20 kHz)：70 dB
過載聲壓級：12V電源:182 dB re 1uPa、24V電源:188 dB re 1uPa
電源電壓：12 至24 VDC
功耗：無負載6mA
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