El sonar

Definición:

La palabra SONAR significa SOund NAvigation and Ranging y por ella se entiende el método y/o el equipo necesario para determinar por medio del sonido la presencia, localización o naturaleza de objetos en el mar.

Funcionamiento:

El Sonar emplea distintos transductores para su funcionamiento.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.Con la siguiente peculiaridad:

- Un transductor submarino necesita más potencia para proyectar la misma cantidad de energía que un altavoz equivalente usado en el aire.

- La presión ejercida por el medio acuático es mayor que la ejercida por el aire y además aumenta con la profundidad, lo que obliga a dotar a los transductores de una cierta resistencia mecánica.

Los transductores que trabajan en el agua y convierten el sonido en electricidad se llaman HIDROFONOS, los que realizan el proceso contrario se llaman PROYECTORES. Muchas veces un mismo transductor puede realizar ambos procesos. Las cualidades necesarias en un transductor son la LINEALIDAD (proporcionalidad entre la señal eléctrica y la acústica) y REVERSIBILIDAD (igualdad de movimiento en los dos sentidos de conversión de la energía). Cuando un transductor no posee intrínsecamente linealidad se precisa aplicar una determinada polarización para conseguir este efecto.

Los transductores se clasifican según su origen en:

Explosivos:

Son emisores de señal que generan en el agua mediante una explosión o deflagración un impulso de corta duración y gran ancho de banda. Se aplican en prospección de hidrocarburos, eco-localización marina, posicionamiento y guerra submarina.

Cañones y chorros de gas o agua:

Son emisores de bajas o muy bajas frecuencias, que funcionan liberando de forma rápida aire, gas, vapor de agua o agua a presión. Los de aire o gas tiene el efecto indeseable de la formación de burbujas; su margen de funcionamiento está entre los 4 Hz. y 1 Khz. Un caso particular este tipo son los que se forman a partir de un constreñimiento de la conducción, son los llamados "hidrodinámicos", que cubren un margen de frecuencia entre 10 Hz. y 30 KHz.

Descargas eléctricas de alta potencia o SPARKERS:

Emisores que generan la señal acústica a través de la descarga entre dos electrodos de un alto potencial eléctrico, que es capaz de vaporizar el agua que rodea a los electrodos y crea una burbuja gaseosa. Su principal inconveniente es la formación de burbujas de grandes dimensiones que interfieren el ancho de banda útil pero que puede paliarse aumentando el número de electrodos y la variación de la frecuencia emitida con la profundidad.

Dispositivos hidráulicos:

Emisores que generan una onda continúa en lugar de un impulso mediante un motor que mueve hidráulicamente un pistón para producir el desplazamiento de un diafragma. El espectro de frecuencias es muy bajo, nunca superior a 1 KHz. Presentan el inconveniente de ser de gran dimensión y peso.

Electrodinámicos:

Emisor cuyo funcionamiento es el mismo que el de un altavoz aéreo. Su principal inconveniente es la débil intensidad acústica generada.

Electrostáticos:

Son emisores-receptores cuyo funcionamiento es similar al micrófono de condensador. Presentan una gran linealidad por lo que suelen usarse como dispositivo calibrador.

Piezoeléctricos:

Emisores-receptores basados en la propiedad de algunos materiales naturales como la Sal de Rochelle el cuarzo y el ADP (fosfato diádico de amonio) de adquirir una carga eléctrica entre sus caras si son sometidos a un esfuerzo mecánico e inversamente. Presentan el inconveniente de ser muy sensibles al calor y que algunos como la Sal de Rochelle son solubles en agua, por lo que se usan manteniéndolos en un baño de aceite. Tienen buen rendimiento, pero admiten solo potencias muy bajas.

Electroestrictivos:

Emisores-receptores con las mismas cualidades que los piezoeléctricos si antes son convenientemente polarizados, es decir, se añade una señal eléctrica junto con la se entrada de forma que la variación de la intensidad acústica dependa linealmente de la señal de entrada exclusivamente. El material que forma el transductor de obtiene a partir de sustancias policristalinas isotrópicas que se calientan por encima del punto de Curie para liberar sus enlaces moleculares, sometiéndolos a una tensión de polarización y dejándolos enfriar lentamente para obtener un cristal anisótropo (su comportamiento al someterlo a presión o tensión no es el mismo en todas sus caras). Debido a esto se usa la cara del cristal con mayor rendimiento y se intenta anular el efecto de las otras caras. Son materiales de este tipo el Titanato de Bario y el Zirconato de Titanio. Son muy útiles en acústica, ya que pueden moldearse de muy distintas formas y agruparse para obtener la directividad y el modo de funcionamiento más adecuado. Su principal inconveniente es la posibilidad de "despolarización" que puede producirse por alcanzar elevadas temperaturas, ser sometidos a un fuerte campo eléctrico o a sufrir grandes esfuerzos mecánicos.

Magnetoesctrictivos:

Emisores-receptores construidos con materiales que tienen la propiedad de variar su tamaño al someterlos a un campo magnético y recíprocamente de variar su permeabilidad si se modifican sus dimensiones. Son materiales de este tipo el Níquel, Cobalto, algunas aleaciones de Hierro y ciertas ferritas. La relación existente entre el campo magnético y las dimensiones del material no es lineal, por lo cual en la mayoría de los casos se precisa la superposición de un fuerte campo magnético estático para conseguir la linealidad. Su principales inconvenientes son el tamaño del núcleo y la limitación de potencia por lo cual se emplean en equipos de pequeño tamaño y poca potencia. Las mayores ventajas son su gran resistencia mecánica y su pequeña necesidad de mantenimiento.

Otros tipos:

Se experimenta con nuevos tipos de materiales como: Piexopolímeros, como el PVF2 usado comercialmente en altavoces; Sensores acusto-ópticos, en los que se utiliza el LASER y la fibra óptica y funcionan a modo de interferómetro; Aleaciones de Tierras Raras y Hierro, Vidrios metálicos y Ferrofluidos que funcionan como los magnetoestrictivos con mayor rendimiento y los Composites, construidos con pequeñas piezas de piezocerámica embebidas en una base de silicona o poliuretano.

Los equipos de SONAR usan un conjunto de transductores dispuestos en distintas configuraciones geométricas a fin de obtener mejores resultados. Las principales ventajas de esta disposición son:

- Mayor sensibilidad tanto activa como pasiva realizando conexiones en serie para obtener mayor voltaje o en paralelo para obtener más corriente.

- Mayor direccionalidad que permite discriminar entre el ruido, generalmente isotrópico, es decir de la misma intensidad en todas direcciones, y la parte de señal que interese.

- La avería de varios elementos no afecta radicalmente al comportamiento del conjunto.

- Es posible formar un lóbulo de mayor respuesta y orientarlo electrónicamente sin necesidad de usar dispositivos mecánicos.

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