Welches Gerät/welche Komponente aus den frühen 1940er Jahren kann nur einen bestimmten schmalen Bereich akustischer Frequenzen hören?

Sonar-Geschichtsstunde: -

1906 erfand der amerikanische Marinearchitekt Lewis Nixon das erste sonarähnliche Abhörgerät zur Ortung von Eisbergen. Während des Ersten Weltkriegs (1914-18) erhöhte die Notwendigkeit, U-Boote zu erkennen, das Interesse an Sonar. Der französische Physiker Paul Langévin konstruierte 1915 das erste Sonargerät zur Ortung von U-Booten. Zunächst konnten diese Sonargeräte nur auf zurückkehrende Signale „lauschen“. Bis 1918 hatten Großbritannien und die Vereinigten Staaten Sonargeräte gebaut, die sowohl Schallsignale senden als auch empfangen konnten. Das US-Militär begann den Begriff „Sonar“ während des Zweiten Weltkriegs zu verwenden. Wie beim Radar werden ständig neue militärische Anwendungen für Sonar entwickelt. Beispielsweise führte die US-Marine in den frühen 2000er Jahren ein Sonarsystem ein, um beim Räumen von Militärminen zu helfen.

Text oben von hier übernommen . Die Verwendung von Schwingkreisen, ob mechanisch oder unterstützt durch elektrische Filter, war im gesamten 20. Jahrhundert bekannt.

Das US-Patent 609,154 aus dem Jahr 1898 beschreibt die Verwendung von angepassten abgestimmten Schaltungen, die in einem Funksender und -empfänger verwendet werden. Ich denke, Tesla hat möglicherweise ein früheres Patent in Bezug auf die Verwendung von Tuning gemacht. Stimmung/Resonanz war daher seit Beginn des 20. Jahrhunderts ein ziemlich offenes Buch.

Piezostrom: -

Das Wort „Piezo“ leitet sich vom griechischen Wort für Druck ab. Der piezoelektrische Effekt wurde 1880 von Jacques und Pierre Curie entdeckt. Sie fanden heraus, dass auf einen Quarzkristall ausgeübter Druck eine elektrische Ladung im Kristall erzeugt, ein Phänomen, das sie als (direkten) piezoelektrischen Effekt bezeichneten. Später wiesen sie auch nach, dass ein an den Kristall angelegtes elektrisches Feld zu einer Verformung des Materials führt: der inverse piezoelektrische Effekt. Im folgenden Jahrhundert wurde an der Entwicklung von Materialien mit verbesserten piezoelektrischen Eigenschaften geforscht, die eine kommerzielle Nutzung des piezoelektrischen Phänomens ermöglichten.

Von hier genommen . Ein mechanisches Uhrwerk zum Schwingen zu bringen, ist weit länger als nur im 20. Jahrhundert bekannt - denken Sie an Stimmgabeln und Pendel usw.

Als ehemaliger Sonaringenieur kann ich Ihnen sagen, dass alle Sonarwandler mechanische Resonanzfrequenzen haben. Für passive Sonare, für die ein breites Betriebsfrequenzband wünschenswert ist, sind die Hydrophone so ausgelegt, dass sie eine Resonanzfrequenz haben, die weit über der Betriebsfrequenz liegt. Auf diese Weise ist ihr Empfangsverhalten bis zur Annäherung an die Resonanzfrequenz relativ flach.

Für aktive Sonare ist die Übertragungseffizienz wichtig, daher werden Wandler verwendet, die bei ihrer Resonanzfrequenz arbeiten. Da es sich um resonante Geräte handelt, haben sie ein mechanisches Q, das ihre nutzbare Bandbreite bestimmt. Die meisten Sonarwandler haben Qs im Bereich von ungefähr 5 bis 20. Für eine Torpedoanwendung, bei der die Größe wichtig ist, wird die Betriebsfrequenz hoch sein, um die Größe des Wandlers klein zu halten.

Ein Resonanzwandler hat aufgrund mechanischer Überlegungen ungefähr die Größe der Wellenlänge seiner Resonanzfrequenz. Somit ist ein bei 5 kHz resonanter Wandler etwa 1 Fuß groß, während ein 50-kHz-Wandler etwa 1 Zoll groß ist. Daher arbeiten Torpedosonare normalerweise bei Frequenzen nahe 50 kHz. Bei der Erkennung des empfangenen Signals spielen 2 Faktoren eine Rolle. Erstens ist die Empfangsantwort des Wandlers ebenfalls bandbegrenzt (Wandler haben aufgrund mechanischer Reziprozität denselben Frequenzgang zum Empfangen wie zum Senden). Somit filtert der Wandler viele der unerwünschten Signale, die in der Ozeanumgebung vorhanden sind, effektiv heraus. Zweitens hat die Vorverstärkerschaltung, die das Wandlersignal empfängt, eine Bandpassfilterung, so dass sie auch Signale außerhalb des Betriebsbands des Sonars zurückweist.

In den 1940er Jahren war es sicherlich Stand der Technik, solche Schaltkreise zu bauen (z. B. verwendete der Annäherungszünder, der die Leistung von Flugabwehrgeschützen während des Zweiten Weltkriegs stark erhöhte, Miniatur-Vakuumröhren in einem Radarsystem, das mit viel höheren Frequenzen arbeitete) .

Zusammenfassend war es die Kombination aus einem resonanten Sonarwandler und bandbegrenzten Verstärkern, die die Schaffung eines zielsuchenden Torpedos ermöglichte.

Es scheint tatsächlich piezoelektrisch gewesen zu sein.

http://www.piezo.com/tech4history.html :

Die ersten ernsthaften Anwendungsarbeiten an piezoelektrischen Geräten fanden während des Ersten Weltkriegs statt. 1917 begannen P. Langevin und französische Mitarbeiter mit der Perfektionierung eines U-Boot-Ultraschalldetektors. Ihr Wandler war ein Mosaik aus dünnen Quarzkristallen, die zwischen zwei Stahlplatten geklebt waren (der Verbundstoff hatte eine Resonanzfrequenz von etwa 50 KHz), die in einem zum Untertauchen geeigneten Gehäuse montiert waren. Sie arbeiteten über das Ende des Krieges hinaus und erreichten ihr Ziel, ein hochfrequentes "Zwitschern" unter Wasser auszusenden und die Tiefe durch Timing des Echos zu messen. Die strategische Bedeutung ihrer Leistung wurde jedoch von keiner Industrienation übersehen, und seit dieser Zeit hat die Entwicklung von Sonarwandlern, -schaltungen, -systemen und -materialien nie aufgehört.

Derselbe Artikel beschreibt eine bessere Entwicklung von keramischen und ferroelektrischen Materialien für die Sonarverwendung im Zweiten Weltkrieg.

"empfindlich für einen engen Frequenzbereich" impliziert eine Resonanzstruktur, und das obige Zitat beschreibt die Sensoren als resonant bei etwa 50 kHz.