HBK水听器选型指南
2024-01-24
Brüel & Kjær成立于1942年，已成为声学与振动质量的测量和管理高级技术供应商，使用核心竞争力以及全面的产品和解决方案，为客户解决声学与振动方面的挑战。从二十世纪50年代以来，已成为其他产品所对照的标杆产品。Brüel & Kjær与HBM公司于2019年1月合并为HBK。
HBK水听器是用于测量水声音传播的传感器，是水声研究的必备设备。HBK公司在航空航天航海及国防领域有诸多应用案例，美国洛克希德马丁、英国BAE、德国DLR、法国DCNS等广泛使用HBK的水听器及数据采集分析系统（联系Accexp获取应用案例，亦可提供高性能数据采集分析系统解决方案）。
有了毋庸置疑的数据质量，就能更好地进行各种科研测量及实验。挪威Heggernes的水声试验场为所有类型的北约船舶测量声学印记，挪威皇家海军Kjell Johnsen说:“当我们告知他们使用的是Brüel & Kjær，根本就不必讨论数据是否准确了。”
HBK水听器目前可提供的型号分别为：
8103 型微型水听器
8104 型校准标准水听器
8105 型球形水听器
8106 型低噪声水听器
每个水听器：
单独校准
具有平坦的频率响应
在宽频率范围内全向绝对防水
具有高耐腐蚀性
采用无铅丁腈橡胶制造
具有屏蔽元件结构
HBK水听器是压电换能器。陶瓷压电传感元件及其内部支撑结构永久粘合到透声、无铅的丁腈橡胶中。
内部支持
支撑结构由金属合金制成,在几乎所有恶劣环境中都具有极强的耐腐蚀性并且在浸入海水中时具有非常好的防污性能。请注意,8105 型完全被丁腈橡胶覆盖,没有金属部件暴露。
内部支撑与金属外壳机械和电气隔离,仅通过合成橡胶耦合。这提供了传感元件的振动隔离。除 8106 型外,水听器均配有一体式电缆,其屏蔽层连接到内部支架/外壳，从而为传感元件提供电屏蔽。
高电磁干扰
8103 型的支撑体在内部连接到整体电缆的外屏蔽层,该电缆又连接到电缆端接插头端的内屏蔽层。对于高电磁干扰的情况,可以将金属屏蔽夹在金属支撑体上。
单独校准
每个HBK水听器在单独校准之前都经过广泛的老化和温度稳定程序。每个水听器都提供单独的校准数据和频率响应曲线。水听器的接收灵敏度校准可溯源至国际标准。
一、HBK水听器详细介绍
1、HBK 8103型微型水听器
HBK 8103型微型水听器,相对其尺寸而言具有高灵敏度和良好的综合特性;适用于实验室、工业和教育用途。例如,在测量超声波清洗槽中的压力分布模式时，其高频响应非常有价值。
用途
气蚀测量
液体中的超声波测量
海洋动物的声学调查
液体和气体的实验室和工业测量
潮湿和污染环境中的噪声测量
特征
频率范围:0.1 Hz至180 kHz
接收灵敏度: -211dB re 1V/uPa
尺寸非常小 (50 X 9.5 毫米)
15 kHz 空气中-3 dB 限制
整体电缆末端带有 10-32 UNF 连接器 (公头) ,长度从 1到 400 m(3.3 至 1312
A:一体式低噪声双屏蔽电缆 B:安装密封 C:支撑体:CuNi D:无铅丁腈橡胶 E:声学中心
2、HBK 8104 型校准标准水听器
HBK 8104 型水听器一种宽范围标准测量传感器,也可用作声音发射器(投影仪),这使其成为通过互易、校准投影仪和比较方法进行校准的理想选择。
用途
校准参考标准
水下投影仪
液体中的超声波测量
液体和气体的实验室和工业测量
潮湿和污染环境中的噪声测量
特征
频率范围:0.1 Hz 至 120 kHz
接收灵敏度:-205 dB re V/uPa
带有 BNC 连接器的一体式电缆,长度为 10 至200 m (32.8 至656f)
一体式电缆末端带有潜水连接器,长度 10 m (32.8 ft)
A:一体式低噪声电缆 B:铜镍支撑体 C:无铅丁腈橡胶 D:声学中心
3、HBK 8105型球形水听器
HBK 8105型球形传感器,结构坚固,能够承受高达 9.8 MPa (100 atm;1000 m (3250 ft)海洋深度)的压力。该水听器具有出色的方向特性在 100 kHz 时,它在xy (径向平面内为 360,在xz (轴向)平面内为 270°全向。
用途
液体中的超声波测量
液体和气体的实验室和工业测量
水下声音发射器
潮湿和污染环境中的噪声测量
特征
频率范围:0.1 Hz至160 kH
接收灵敏度:-205 dB re 1V/uPa
球形
全频率范围内的全向性
完全包裹在橡胶中7 kHz 空气中-3 dB 限制
可承受 9.8 MPa的静水压力(大约相当于1000米的水柱)
带有 BNC 连接器的一体式电缆,长度为 10 至200 m (32.8 至 656f)
一体式电缆末端带有潜水连接器,长度 10 m(32.8 ft)
A:一体式低噪声电缆B:定位带C:无铅丁腈橡胶D:声学中心
4、HBK 8106型低噪声水听器
HBK 8106型低噪声水听器一种范围广泛的通用传感器能够承受高静压,操作上限为 9.8 MPa (100 atm;1000 m (3250ft)海洋深度)集成的防水连接器可以断开电缆,使更换和存放变得非常容易。
内置前置放大器
高品质、厚膜、低噪声、10 dB 内置前置放大器为长水下电缆的传输提供信号调节。前置放大器具有7Hz 高通滤波器和插入电压校准设施,但不允许将水听器用作投影仪。
用途
测量微弱的水下信号
特征
频率范围:3 Hz至 80 kHz
接收灵敏度: -173dB re 1 V/uPa
耐用的结构等效噪音水平远低于零海况
可承受9.8 MPa的静水压力 (相当于约1000米水柱)
A:防水连接器 B:铝青铜(CuAl10Ni5Fe4)支撑体 C:无铅丁腈橡胶 D:声学中心
二、HBK水听器频率响应和方向性模式
HBK水听器的典型频率响应如下图所示。这些是在自由场条件下的水箱中通过使用 Brüel & Kjær PULSE™ LabShop校准系统的脉冲技术实现的测量结果。
典型接收频率特性（dB re 1 V/μPa）
HBK水听器具有非常好的全向特性。水中听音器的典型方向性图如下图所示。这些极性方向性图是在水箱中通过选通技术实现的自由场条件下测量的。该方法需要标准水听器作为发射器，未知水听器作为接收器，其极性方向性图待确定。
典型指向性图
三、HBK水听器水下和水上使用
HBK水听器电缆具有良好的电气屏蔽性能。这使得水听器能够在空气和水中使用，其中水的电势与地电势不同，以及在高电磁干扰的情况下。所有水听器连接器都是干插连接器，其中一些是潜水式的。干插连接器在水下时无法连接/断开。
空气和水中的水听器电缆和连接器
四、HBK水听器电缆参数
8103、8104和8105型具有带有非浸没式连接器端接的一体式电缆。
8103.8104 和8105型集成电缆的最小和最大长度
8104和8105型还可作为定制订单提供8104-W 型和8105-W 型)配有10m一体式电缆,端接潜水式连接器。
使用的原始电缆是防水或阻水的:
防水: 防水
阻水:不漏水且能完全承受水压
8103 型电缆
原始电缆AC-0043 防水,但不防水,它是一种双屏蔽电缆,端接同轴 10-32 UNF 插头(公连接器)。8103 型的使用深度仅限于其整体电缆的最大长度。
8104 和8105 型电缆
原始电缆AC-0034 符合 MIL-C-915标准,是一种防水电缆,端接 BNC 插头。
整体电缆的最大长度为 200 m (656,但水听器可在比更大的深度使用。要在大于整体电缆最大长度的深度使用 8104和 8105 型 必须将整电缆上的BNC 连接器替换为两个潜水连接器”
JP-0415:与 JJ-0415 配套的潜水塞
J-0415:与JP-0415 配套的潜水插座
将JP-0415连接到一体式电缆,然后将其连接到 JJ-0415,即可使用以下潜水延长电缆：
AO-1431:带有两个潜水连接器的水下电缆
AO-1432:带一个潜水连接器的湿转干电缆
这种电缆/连接器配置将 8104 型水听器的探测范围扩展至 400 m (1312 英尺),将 8105 型的探测范围扩展至 1000 m(3250 英尺)。
8106型四芯电缆
8106 型低噪声水听器具有一个潜水连接器,该连接器是水听器青钢主体支架的集成部分。
有两种电缆可与 8106 型一起使用:
AO-1433:带有两个潜水连接器的水下电缆
AO-0390:带一个潜水连接器的湿转干电缆
这两种电统均使用原给电练 AC-0101,这是一种带加固的屏蔽 4 电统,原始电绩可以承受高负载:使用中为 1300 N,近烈负为 2600N,这使得电绩足够坚围,可以在 1000 m3250 )的海洋深度进行自支撑测,尽管电绩强度很高,但每当电给受到动态运动时,始终建议使用某种形式的电练应变释放装置。
五、HBK水听器空气中的测量
水听器对于极端环境下的测量特别有用。
非常高的湿度、非常高的温度或污染的大气等条件，这些条件可能会损坏普通麦克风或影响其性能。
水听器还可用于测量极高的声压级。
请注意，8103 型对加速度非常敏感,轴向振动时加速度高达115 dB/ms-2,垂直于水听器轴振动时加速度高达128 dB/ms-2。与水听器一样,dB 参考压力为 1uPa。
空气中的典型接收特性xy平面中的8103、8104、8105和8106型
六、HBK水听器用作声音发射器
HBK 8103、8104和8105型水听器可用作声音发射器，用于测量和互易校准。正如压电效应通过机械激励产生电输出一样，向换能器施加交流电压将在压电元件中产生机械激励。
水中施加电压的发射响应如图 9 所示请注意 12 dB/倍频程斜率，这是恒定电压输入驱动的压电水听器的典型斜率。
8103、8104和8105型的典型电压发射响应
七、HBK水听器信号调理和数据采集
信号调节
在某些情况下,有必要通过信号调理放大器路由高阻抗输出信号。尽管国际标准要求校准水听器的电压灵敏度 (使用电压放大器) ,但使用电荷放大器通常更实际，这将导致电荷灵敏度与实际电缆长度无关。
8106型
内置前置放大器提供不需要进一步调节的输出信号。
8103 -8105型
虽然整个Brüel & Kjær 系列加速度计前置放大器均适用,但 NEXUS™系列调节放大器(产品数据: BP 1702)推荐使用,因为它具有灵敏度调节功能(为了方便输出值 0.1 或 1V/单位)、具有宽频率范围并具有可调节的低通和高通滤波器。
连接充电输出
如果要将充电输出（例如，8103、8104 和 8105 型的输出）连接到 CCLD 输入，可以使用 2647 型充电至 CCLD 转换器（产品数据： BP 1874）。
停产的Brüel & Kjær 信号调节器
以下信号调节器已不再生产，但仍可使用：
2635型调节放大器，需要使用专用连接器端接的电缆，称为 B&K 7 针连接器，例如电AO‑0390
2525 型测量放大器需要 BNC 至 TNC 适配器，例如适配器 JP‑0226
数据采集
推荐的水听器数据采集方式为 LAN‑XI 1‑ch。输入+1通道。3161型输出模块（产品数据：BP 2215）。该模块的输入和输出通道的频率范围为 DC 至 204.8 kHz。
8103型
JP-0145:10-32 UNF 同轴插座 (母连接器)至 BNC 插头JP-0162:10-32UNF 同轴插座至 TNC 插头
8104 和 8105 型
这些水听器可以直接连接到 LAN-XI 数据采集模块3161 型与 NEXUS 信号调节器一起使用
JP-0226BNC插座转 TNC 插头
8106型
WL-1260B&K7针插座至7针 LEMO 插头
左：7 针LEMO插头 右：7 针B&K插头
连接测量链
图概述了用于将水听器连接到推荐的信号调节和数据采集硬件的电缆选项。根据信号调节和/或数据采集硬件，您可能需要适配器将连接器从一种类型转换为另一种类型。请注意，适配器是不可浸入水中的。
测量链连接
八、HBK水听器校准
4229型水听器校准器
在低频下，水听器的灵敏度在空气中与在水中相同，可以使用 4229 型水听器校准器（产品数据：BP 1024）检查校准情况。校准器包括8103、8104和8105型耦合器以及气压计，以dB为单位提供大气压力校正。8106型耦合器可单独购买。
可追溯的校准
耦合器体积中的声压级可以使用半英寸麦克风进行监控（见图12），从而使校准可追溯至国际标准。
遵守标准
九、HBK 8103、8104、8105和8106型水听器规格
8106 型的附加规格：
最大限度输出信号： 12V 电源:3.5V或28 mA、24V电源:7.0V或28 mA
最大限度功率输出：50mW
输出阻抗<30Ω
高通滤波器：-3 dB at 7 Hz (2 Hz)
直流纹波抑制 (20 Hz 至 20 kHz)：70 dB
过载声压级：12V电源:182 dB re 1uPa、24V电源:188 dB re 1uPa
电源电压：12 至24 VDC
功耗：无负载6mA
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