HBK水聽(tīng)器選型指南
2024-01-24
Brüel & Kj?r成立于1942年，已成為聲學(xué)與振動(dòng)質(zhì)量的測(cè)量和管理高級(jí)技術(shù)供應(yīng)商，使用核心競(jìng)爭(zhēng)力以及全面的產(chǎn)品和解決方案，為客戶解決聲學(xué)與振動(dòng)方面的挑戰(zhàn)。從二十世紀(jì)50年代以來(lái)，已成為其他產(chǎn)品所對(duì)照的標(biāo)桿產(chǎn)品。Brüel & Kj?r與HBM公司于2019年1月合并為HBK。
HBK水聽(tīng)器是用于測(cè)量水聲音傳播的傳感器，是水聲研究的必備設(shè)備。HBK公司在航空航天航海及國(guó)防領(lǐng)域有諸多應(yīng)用案例，美國(guó)洛克希德馬丁、英國(guó)BAE、德國(guó)DLR、法國(guó)DCNS等廣泛使用HBK的水聽(tīng)器及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)（聯(lián)系A(chǔ)ccexp獲取應(yīng)用案例，亦可提供高性能數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)解決方案）。
有了毋庸置疑的數(shù)據(jù)質(zhì)量，就能更好地進(jìn)行各種科研測(cè)量及實(shí)驗(yàn)。挪威Heggernes的水聲試驗(yàn)場(chǎng)為所有類型的北約船舶測(cè)量聲學(xué)印記，挪威皇家海軍Kjell Johnsen說(shuō):“當(dāng)我們告知他們使用的是Brüel & Kj?r，根本就不必討論數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確了?！?/span>
HBK水聽(tīng)器目前可提供的型號(hào)分別為：
8103 型微型水聽(tīng)器
8104 型校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器
8105 型球形水聽(tīng)器
8106 型低噪聲水聽(tīng)器
每個(gè)水聽(tīng)器：
單獨(dú)校準(zhǔn)
具有平坦的頻率響應(yīng)
在寬頻率范圍內(nèi)全向絕對(duì)防水
具有高耐腐蝕性
采用無(wú)鉛丁腈橡膠制造
具有屏蔽元件結(jié)構(gòu)
HBK水聽(tīng)器是壓電換能器。陶瓷壓電傳感元件及其內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)永久粘合到透聲、無(wú)鉛的丁腈橡膠中。
內(nèi)部支持
支撐結(jié)構(gòu)由金屬合金制成,在幾乎所有惡劣環(huán)境中都具有極強(qiáng)的耐腐蝕性并且在浸入海水中時(shí)具有非常好的防污性能。請(qǐng)注意,8105 型完全被丁腈橡膠覆蓋,沒(méi)有金屬部件暴露。
內(nèi)部支撐與金屬外殼機(jī)械和電氣隔離,僅通過(guò)合成橡膠耦合。這提供了傳感元件的振動(dòng)隔離。除 8106 型外,水聽(tīng)器均配有一體式電纜,其屏蔽層連接到內(nèi)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(nèi)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(nèi)屏蔽層。對(duì)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(dú)校準(zhǔn)
每個(gè)HBK水聽(tīng)器在單獨(dú)校準(zhǔn)之前都經(jīng)過(guò)廣泛的老化和溫度穩(wěn)定程序。每個(gè)水聽(tīng)器都提供單獨(dú)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和頻率響應(yīng)曲線。水聽(tīng)器的接收靈敏度校準(zhǔn)可溯源至國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
一、HBK水聽(tīng)器詳細(xì)介紹
1、HBK 8103型微型水聽(tīng)器
HBK 8103型微型水聽(tīng)器,相對(duì)其尺寸而言具有高靈敏度和良好的綜合特性;適用于實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)和教育用途。例如,在測(cè)量超聲波清洗槽中的壓力分布模式時(shí)，其高頻響應(yīng)非常有價(jià)值。
用途
氣蝕測(cè)量
液體中的超聲波測(cè)量
海洋動(dòng)物的聲學(xué)調(diào)查
液體和氣體的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)測(cè)量
潮濕和污染環(huán)境中的噪聲測(cè)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(zhǎng)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(wú)鉛丁腈橡膠 E:聲學(xué)中心
2、HBK 8104 型校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器
HBK 8104 型水聽(tīng)器一種寬范圍標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量傳感器,也可用作聲音發(fā)射器(投影儀),這使其成為通過(guò)互易、校準(zhǔn)投影儀和比較方法進(jìn)行校準(zhǔn)的理想選擇。
用途
校準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)
水下投影儀
液體中的超聲波測(cè)量
液體和氣體的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)測(cè)量
潮濕和污染環(huán)境中的噪聲測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)度 10 m (32.8 ft)
A:一體式低噪聲電纜 B:銅鎳支撐體 C:無(wú)鉛丁腈橡膠 D:聲學(xué)中心
3、HBK 8105型球形水聽(tīng)器
HBK 8105型球形傳感器,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,能夠承受高達(dá) 9.8 MPa (100 atm;1000 m (3250 ft)海洋深度)的壓力。該水聽(tīng)器具有出色的方向特性在 100 kHz 時(shí),它在xy (徑向平面內(nèi)為 360,在xz (軸向)平面內(nèi)為 270°全向。
用途
液體中的超聲波測(cè)量
液體和氣體的實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)測(cè)量
水下聲音發(fā)射器
潮濕和污染環(huán)境中的噪聲測(cè)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(nèi)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(dāng)于1000米的水柱)
帶有 BNC 連接器的一體式電纜,長(zhǎng)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(zhǎng)度 10 m(32.8 ft)
A:一體式低噪聲電纜B:定位帶C:無(wú)鉛丁腈橡膠D:聲學(xué)中心
4、HBK 8106型低噪聲水聽(tīng)器
HBK 8106型低噪聲水聽(tīng)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(kāi)電纜,使更換和存放變得非常容易。
內(nèi)置前置放大器
高品質(zhì)、厚膜、低噪聲、10 dB 內(nèi)置前置放大器為長(zhǎng)水下電纜的傳輸提供信號(hào)調(diào)節(jié)。前置放大器具有7Hz 高通濾波器和插入電壓校準(zhǔn)設(shè)施,但不允許將水聽(tīng)器用作投影儀。
用途
測(cè)量微弱的水下信號(hào)
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(jié)構(gòu)等效噪音水平遠(yuǎn)低于零海況
可承受9.8 MPa的靜水壓力 (相當(dāng)于約1000米水柱)
A:防水連接器 B:鋁青銅(CuAl10Ni5Fe4)支撐體 C:無(wú)鉛丁腈橡膠 D:聲學(xué)中心
二、HBK水聽(tīng)器頻率響應(yīng)和方向性模式
HBK水聽(tīng)器的典型頻率響應(yīng)如下圖所示。這些是在自由場(chǎng)條件下的水箱中通過(guò)使用 Brüel & Kj?r PULSE? LabShop校準(zhǔn)系統(tǒng)的脈沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)的測(cè)量結(jié)果。
典型接收頻率特性（dB re 1 V/μPa）
HBK水聽(tīng)器具有非常好的全向特性。水中聽(tīng)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(guò)選通技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自由場(chǎng)條件下測(cè)量的。該方法需要標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器作為發(fā)射器，未知水聽(tīng)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(tīng)器水下和水上使用
HBK水聽(tīng)器電纜具有良好的電氣屏蔽性能。這使得水聽(tīng)器能夠在空氣和水中使用，其中水的電勢(shì)與地電勢(shì)不同，以及在高電磁干擾的情況下。所有水聽(tīng)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(shí)無(wú)法連接/斷開(kāi)。
空氣和水中的水聽(tīng)器電纜和連接器
四、HBK水聽(tīng)器電纜參數(shù)
8103、8104和8105型具有帶有非浸沒(méi)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(zhǎng)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(zhǎng)度。
8104 和8105 型電纜
原始電纜AC-0034 符合 MIL-C-915標(biāo)準(zhǔn),是一種防水電纜,端接 BNC 插頭。
整體電纜的最大長(zhǎng)度為 200 m (656,但水聽(tīng)器可在比更大的深度使用。要在大于整體電纜最大長(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)電纜：
AO-1431:帶有兩個(gè)潛水連接器的水下電纜
AO-1432:帶一個(gè)潛水連接器的濕轉(zhuǎn)干電纜
這種電纜/連接器配置將 8104 型水聽(tīng)器的探測(cè)范圍擴(kuò)展至 400 m (1312 英尺),將 8105 型的探測(cè)范圍擴(kuò)展至 1000 m(3250 英尺)。
8106型四芯電纜
8106 型低噪聲水聽(tīng)器具有一個(gè)潛水連接器,該連接器是水聽(tīng)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(gè)潛水連接器的水下電纜
AO-0390:帶一個(gè)潛水連接器的濕轉(zhuǎn)干電纜
這兩種電統(tǒng)均使用原給電練 AC-0101,這是一種帶加固的屏蔽 4 電統(tǒng),原始電績(jī)可以承受高負(fù)載:使用中為 1300 N,近烈負(fù)為 2600N,這使得電績(jī)足夠堅(jiān)圍,可以在 1000 m3250 )的海洋深度進(jìn)行自支撐測(cè),盡管電績(jī)強(qiáng)度很高,但每當(dāng)電給受到動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí),始終建議使用某種形式的電練應(yīng)變釋放裝置。
五、HBK水聽(tīng)器空氣中的測(cè)量
水聽(tīng)器對(duì)于極端環(huán)境下的測(cè)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(huì)損壞普通麥克風(fēng)或影響其性能。
水聽(tīng)器還可用于測(cè)量極高的聲壓級(jí)。
請(qǐng)注意，8103 型對(duì)加速度非常敏感,軸向振動(dòng)時(shí)加速度高達(dá)115 dB/ms-2,垂直于水聽(tīng)器軸振動(dòng)時(shí)加速度高達(dá)128 dB/ms-2。與水聽(tīng)器一樣,dB 參考?jí)毫?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(tīng)器用作聲音發(fā)射器
HBK 8103、8104和8105型水聽(tīng)器可用作聲音發(fā)射器，用于測(cè)量和互易校準(zhǔn)。正如壓電效應(yīng)通過(guò)機(jī)械激勵(lì)產(chǎn)生電輸出一樣，向換能器施加交流電壓將在壓電元件中產(chǎn)生機(jī)械激勵(lì)。
水中施加電壓的發(fā)射響應(yīng)如圖 9 所示請(qǐng)注意 12 dB/倍頻程斜率，這是恒定電壓輸入驅(qū)動(dòng)的壓電水聽(tīng)器的典型斜率。
8103、8104和8105型的典型電壓發(fā)射響應(yīng)
七、HBK水聽(tīng)器信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集
信號(hào)調(diào)節(jié)
在某些情況下,有必要通過(guò)信號(hào)調(diào)理放大器路由高阻抗輸出信號(hào)。盡管國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求校準(zhǔn)水聽(tīng)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(shí)際，這將導(dǎo)致電荷靈敏度與實(shí)際電纜長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
8106型
內(nèi)置前置放大器提供不需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)的輸出信號(hào)。
8103 -8105型
雖然整個(gè)Brüel & Kj?r 系列加速度計(jì)前置放大器均適用,但 NEXUS?系列調(diào)節(jié)放大器(產(chǎn)品數(shù)據(jù): BP 1702)推薦使用,因?yàn)樗哂徐`敏度調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(zhuǎn)換器（產(chǎn)品數(shù)據(jù)： BP 1874）。
停產(chǎn)的Brüel & Kj?r 信號(hào)調(diào)節(jié)器
以下信號(hào)調(diào)節(jié)器已不再生產(chǎn)，但仍可使用：
2635型調(diào)節(jié)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(cè)量放大器需要 BNC 至 TNC 適配器，例如適配器 JP?0226
數(shù)據(jù)采集
推薦的水聽(tīng)器數(shù)據(jù)采集方式為 LAN?XI 1?ch。輸入+1通道。3161型輸出模塊（產(chǎn)品數(shù)據(jù)：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(tīng)器可以直接連接到 LAN-XI 數(shù)據(jù)采集模塊3161 型與 NEXUS 信號(hào)調(diào)節(jié)器一起使用
JP-0226BNC插座轉(zhuǎn) 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(cè)量鏈
圖概述了用于將水聽(tīng)器連接到推薦的信號(hào)調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)采集硬件的電纜選項(xiàng)。根據(jù)信號(hào)調(diào)節(jié)和/或數(shù)據(jù)采集硬件，您可能需要適配器將連接器從一種類型轉(zhuǎn)換為另一種類型。請(qǐng)注意，適配器是不可浸入水中的。
測(cè)量鏈連接
八、HBK水聽(tīng)器校準(zhǔn)
4229型水聽(tīng)器校準(zhǔn)器
在低頻下，水聽(tīng)器的靈敏度在空氣中與在水中相同，可以使用 4229 型水聽(tīng)器校準(zhǔn)器（產(chǎn)品數(shù)據(jù)：BP 1024）檢查校準(zhǔn)情況。校準(zhǔn)器包括8103、8104和8105型耦合器以及氣壓計(jì)，以dB為單位提供大氣壓力校正。8106型耦合器可單獨(dú)購(gòu)買。
可追溯的校準(zhǔn)
耦合器體積中的聲壓級(jí)可以使用半英寸麥克風(fēng)進(jìn)行監(jiān)控（見(jiàn)圖12），從而使校準(zhǔn)可追溯至國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
遵守標(biāo)準(zhǔn)
九、HBK 8103、8104、8105和8106型水聽(tīng)器規(guī)格
8106 型的附加規(guī)格：
最大限度輸出信號(hào)： 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(guò)載聲壓級(jí)：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(wú)負(fù)載6mA
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