WO2020207891A1 - Hydrophon mit einem rohr, das einen ersten und einen zweiten teilbereich mit jeweils einer innenliegenden elektrode aufweist - Google Patents

Hydrophon mit einem rohr, das einen ersten und einen zweiten teilbereich mit jeweils einer innenliegenden elektrode aufweist Download PDF

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WO2020207891A1
WO2020207891A1 PCT/EP2020/059373 EP2020059373W WO2020207891A1 WO 2020207891 A1 WO2020207891 A1 WO 2020207891A1 EP 2020059373 W EP2020059373 W EP 2020059373W WO 2020207891 A1 WO2020207891 A1 WO 2020207891A1
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hydrophone
tube
hydrophones
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PCT/EP2020/059373
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Wilfried Junge
Stephan Rautenberg
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Atlas Elektronik Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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Publication date
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    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas

Definitions

  • Hydrophone with a tube which has a first and a second part area each with an internal electrode
  • the invention relates to a hydrophone made of a tube or hollow cylinder, which has divided internal electrodes.
  • Hydrophones are used underwater to receive or transmit sonar signals preferentially.
  • towed antennas there is the problem that signals from incident sound waves that
  • the electrodes with which the hydrophones are contacted can act as antennas and thus receive interference signals from the data transmission.
  • the object of the present invention is therefore to create an improved concept for hydrophones, in particular in towed antennas that are equipped with a large number of hydrophones.
  • Exemplary embodiments show a hydrophone made of a tube with a first sub-area and a second sub-area.
  • the sub-areas can
  • the tube comprises a piezoelectric material, e.g. a ceramic, e.g. Lead zirconate titanate (PZT).
  • PZT Lead zirconate titanate
  • Such a hydrophone can also be used as a
  • the first and the second partial area also each have an internal electrode.
  • the (inner or outer) electrodes of the sub-areas are, for example, conductive layers on the inner or outer surfaces of the pipe.
  • the two sub-areas differ in the direction of the piezoelectric polarization.
  • the second sub-area has an opposite polarization to the first sub-area.
  • the two partial areas can thus be designed as a common mechanical component, a (for example, one-piece) tube.
  • the tube can be formed by means of two assembled half-tubes. The tube can therefore also be referred to as a (hollow) tube.
  • the internal electrodes in particular the conductive layers which form the internal electrodes, are separated from one another by an insulation area, i.e. electrically isolated from each other.
  • the internal electrodes can be separated by leaving out the insulation area when the electrodes are applied.
  • the idea of the present invention is to form an encapsulated hydrophone so that the contacting of the hydrophone can be placed inside the hydrophone.
  • a medium potential e.g. ground
  • An electrode for connecting a positive and an electrode for connecting a negative potential are formed inside the hydrophone.
  • the isolation area enables the two connections to be separated. This creates a series connection of two partial hydrophones, each part forming a
  • Partial hydrophone Since both sub-areas emit an inverse signal, the voltage sensitivity is twice as high as with a hydrophone with one internal and one external contact.
  • the tubes or tubes have the advantage that their capacity can be increased by lengthening the tube, while the diameter of the tube remains unchanged.
  • the increased capacity improves the signal-to-noise ratio of the hydrophone.
  • the lateral extent of the hydrophones is limited, which is why the capacity of the spherical hydrophones is limited while the hydrophones according to the invention can achieve greater capacities without the lateral extent being increased.
  • the common external electrode is designed to carry ground potential.
  • the internal electrode of the first partial area is designed to carry a negative potential with respect to the ground potential and the internal electrode of the second partial area is designed to carry a positive potential with respect to the ground potential.
  • the ground potential thus forms an electrically neutral shielding of the hydrophone.
  • electronics for operating the hydrophone are arranged in the interior of the cavity.
  • the electronics can be control and / or
  • Control electronics can do that
  • Evaluation electronics can carry out preprocessing, for example preamplification and / or digitization, of hydrophone signals generated by sound waves.
  • terminating element wherein the terminating elements have an electrically conductive material and are electrically connected to the outer electrode, so that a surface of the hydrophone forms an equipotential surface. This creates a cavity in the hydrophone that is completely encapsulated from the outside by electrical fields. However, lines can be led into the interior of the hydrophone in order to connect the electronics or the contacts arranged there
  • the closing elements can e.g. Be caps which have an electrically conductive material, for example silver and / or copper and / or gold, e.g. are coated in an electrically conductive manner or consist of conductive material.
  • the equipotential surface creates a Faraday cage.
  • the tube is formed from a first half-tube, which forms the first partial area, and a second half-tube, which is connected to the first half-tube, in particular mechanically, and which forms the second partial area. This makes it easier to manufacture the pipe with the two opposite one another
  • a stress favored by the polarization change can be reduced in a transition area of a one-piece tube.
  • Exemplary embodiments show a towed antenna with a large number of the aforementioned hydrophones, which are typically arranged one behind the other, ie spatially in series, and are advantageously connected to one another mechanically, for example by means of a hose surrounding the hydrophones.
  • Tow antenna also has a data line, in particular a bus system, the data line being designed to enable data transmission to the plurality of hydrophones.
  • a data line in particular a bus system
  • the data line being designed to enable data transmission to the plurality of hydrophones.
  • tubular hydrophones can advantageously be used. These can have a greater capacity compared for example to spherical ones
  • a method for producing a hydrophone comprising the following steps: providing a tube with a first sub-area and a second sub-area; Apply an internal electrode to the first
  • Sub-area and the second sub-area the electrodes of the first and the second sub-area being electrically insulated from one another by means of an insulation area; Applying a common external electrode to the first and second sub-areas; Polarizing the second sub-area with an opposite polarization to the first sub-area.
  • Embodiments also show a method for producing a towed antenna with production of a plurality of hydrophones according to the previous method and connecting the hydrophones by means of a data line.
  • a hydrophone in a schematic representation in a sectional image and as a frontal view of the end face (also called the head side) and in a perspective side view;
  • FIG. 1 b the front view from FIG. 1 a with a flat closing element
  • FIG. 1 c the front view from FIG. 1 a with a partial closing element
  • Fig. 2 a schematic representation of two sub-areas from which the
  • Fig. 1 a shows a hydrophone 20 in a schematic representation in a
  • Sectional view above left as a frontal view of a head side below left and in a perspective side view below right.
  • the cutting plane for the sectional view runs perpendicular to the end point of the arrow 21 a.
  • Arrow 21 b shows the
  • the hydrophone 20 has a first sub-area 22a and a second sub-area 22b.
  • the first partial area 22a has an internal electrode 28a
  • the second partial area 22b has an internal electrode 28b.
  • inner electrode 28a can provide a contact for a negative pole of the first partial area 22a, while the inner electrode 28b can provide a contact for a positive pole of the second partial area 28b.
  • first partial area 28a has a polarization such that the negative pole is formed on the inside
  • second partial area 28b has a polarization such that the positive pole is formed on the inside.
  • the second sub-area 28b has an opposite polarization to the first sub-area 28a.
  • An insulation area 24 electrically separates the two internal electrodes 28a, 28b from one another.
  • the first and second sub-areas 22a, 22b are polarized in opposite directions.
  • the external electrodes 26 of the subregions 22a, 22b are electrically connected to one another in order, in particular functionally, to form a common external electrode 26. This can be done by subsequently connecting the electrodes applied to the individual partial areas 22a, 22b or by applying the common electrode to the tube 22.
  • Has symmetrical body which is shaped in particular rotationally symmetrical (about a central axis).
  • the lines 23 indicate a transition area in which the polarization changes. This can also be significantly larger than is shown schematically in FIG. 1 a. If the tube 22 is formed from two half-tubes, the lines 23 show the
  • the front view at the bottom left also shows that the inner electrode 28a of the first sub-area 22a on the head side of the first sub-area 22a is led to the outside for contacting. Furthermore, the internal electrode 28b of the second sub-area 22b is optionally led to the outside on a head side of the second sub-area 22b for contacting. It is also shown that the common external electrode 26, electrically separated from the internal electrodes (by means of the insulating area 24), is also optionally led to the outside on the head side of the first and / or the second partial area 22a, 22b. Thus, in addition to contacting inside the hydrophone, contacting from the outside is also simplified.
  • Fig. 1b shows an embodiment of the tubular or hollow cylindrical
  • the terminating element advantageously has an electrically conductive material in order to form an equipotential surface by contacting the external electrode. If the external electrode is at a constant potential,
  • Electrodes 28a, 28b are then protected against external electromagnetic fields, which improves their EMC compatibility.
  • FIG. 1c shows an alternative exemplary embodiment from FIG. 1b with a partial closure element.
  • Flier is only the cavity of the hollow cylinder with the
  • Electrodes by means of a second shielding level from electromagnetic
  • the terminating element from FIG. 1 c can accordingly be used, for example, on the first head side on which the internal electrodes are led outwards, and the terminating element from FIG. 1 b can be used on the second (opposite) head side.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an equivalent circuit diagram 30 in which the two capacitances 31 a, 31 b shown form the equivalent of the partial areas 22 a, 22 b (shown above).
  • the two external contacts of the capacitors are connected to one another, the internal contacts can be wired. It can be seen here that the two sub-areas or the
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a towed antenna 32 in a
  • the towed antenna has a multiplicity, here three, of the hydrophones 20 described above. Points 38 indicate that any further number of hydrophones can be arranged in the towed antenna 32.
  • the hydrophones 20 are connected to one another by means of a data line 34.
  • the data line 34 is, for example, a bus system.
  • the hydrophones can be controlled individually via the data line 34, ie they can, for example, transmit sound waves offset in time or with different intensities in transmission mode.
  • the Corresponding information can be provided via the data line 34. Furthermore, the output signals of the hydrophones in
  • Receiving operation can be transmitted via the data line 34 to a watercraft, for example a ship or submarine.
  • the hydrophones 20 are for example fixed in a jacket 36, i. arranged essentially stationary relative to the adjacent hydrophones.
  • other connecting means for example chains or rods, can also be used to fix the hydrophones 36.
  • the tow antenna can then be behind a watercraft,
  • a ship or submarine for example a ship or submarine, as a sonar transmitter and / or
  • aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device.

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Abstract

Gezeigt ist ein Hydrophon (20) mit einem Rohr (22) mit einem ersten Teilbereich (22a) und einem zweiten Teilbereich (22b), wobei der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich jeweils eine innenliegende Elektrode aufweist, wobei der zweite Teilbereich (22b) eine entgegengesetzte Polarisation zu dem ersten Teilbereich (22a) aufweist. Die Elektroden des ersten und des zweiten Teilbereichs (22a, 22b) sind mittels eines Isolationsbereichs (24) elektrisch gegeneinander isoliert. Der erste und der zweite Teilbereich (22) weisen eine gemeinsame außenliegende Elektrode (26) auf.

Description

Hydrophon mit einem Rohr, das einen ersten und einen zweiten Teilbereich mit jeweils einer innenliegenden Elektrode aufweist
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Hydrophon aus einem Rohr bzw. Hohlzylinder, welches geteilte Innenelektroden aufweist.
Hydrophone werden unter Wasser eingesetzt, um Sonarsignale vorzugsweise zu empfangen oder selbige auszusenden. Insbesondere bei Schleppantennen besteht jedoch die Problematik, dass Signale von auftreffenden Schallwellen, die
beispielsweise als Daten auf einem Bussystem geleitet werden, die Hydrophone stören. Die elektromagnetische Verträglichkeit ist insoweit beeinträchtigt.
Insbesondere können die Elektroden, mit denen die Hydrophone kontaktiert werden, als Antennen wirken und so Störsignale aus der Datenübertragung empfangen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Konzept für Hydrophone, insbesondere in Schleppantennen, die mit einer Vielzahl von Hydrophonen bestückt sind, zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ausführungsbeispiele zeigen ein Hydrophon aus einem Rohr mit einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich. Die Teilbereiche können
halbzylinderschalen-, d.h. halbröhrenförmig sein. Das Rohr weist insbesondere ein piezoelektrisches Material, beispielsweise eine Keramik, z.B. Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), auf. Der erste und der zweite Teilbereich weisen eine gemeinsame
außenliegende Elektrode auf. Ein solches Hydrophon kann auch als
Invershydrophon bezeichnet werden. Der erste und der zweite Teilbereich weisen ferner jeweils eine innenliegende Elektrode auf. Die (innen- bzw. außenliegenden) Elektroden der Teilbereiche sind beispielsweise leitfähige Schichten auf den Innen- bzw. Außenflächen des Rohrs. Die beiden Teilbereiche unterscheiden sich durch die Richtung der piezoelektrischen Polarisierung. Der zweite Teilbereich weist eine entgegengesetzte Polarisation zu dem ersten Teilbereich auf. Somit können die beiden Teilbereiche als ein gemeinsames mechanisches Bauteil, ein (beispielsweise einstückiges) Rohr, ausgebildet sein. In Ausführungsbeispielen kann die Bildung des Rohrs mittels zweier zusammengesetzter Halbröhren erfolgen. Das Rohr kann demnach auch als (Hohl-) Röhre bezeichnet werden.
Die innenliegenden Elektroden, insbesondere die leitfähigen Schichten, die die innenliegenden Elektroden bilden, sind durch einen Isolationsbereich voneinander getrennt, d.h. elektrisch gegeneinander isoliert. Die Trennung der innenliegenden Elektroden kann durch Aussparen des Isolationsbereichs bei dem Aufbringen der Elektroden erfolgen.
Die Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein gekapseltes Hydrophon zu formen um die Kontaktierung des Hydrophons in das Innere des Hydrophons legen zu können. Außen kann dann ein mittleres Potential (z.B. Masse) angelegt werden, während im Inneren des Hydrophons eine Elektrode für den Anschluss eines Positiven und eine Elektrode für den Anschluss eines negativen Potentials ausgebildet ist. Die Trennung beider Anschlüsse wird durch den Isolationsbereich ermöglicht. So entsteht eine Reihenschaltung von zwei Teilhydrophonen, jeweils ein Teilbereich bildet ein
Teilhydrophon. Da beide Teilbereiche ein inverses Signal ausgeben ergibt sich ferner eine doppelt so große Spannungs-Empfindlichkeit als bei einem Hydrophon mit jeweils einem innen- und einem außenliegenden Kontakt.
Im Vergleich zu entsprechenden Hohlkugeln haben die Rohre bzw. Röhren den Vorteil, dass deren Kapazität durch eine Verlängerung der Röhre erhöht werden kann, während die Röhre in ihrem Durchmesser unverändert bleibt. Durch die erhöhte Kapazität wird das Signal-Rausch Verhältnis des Hydrophons verbessert. Insbesondere beim Einsatz in Schleppantennen ist die laterale Ausdehnung der Hydrophone begrenzt, weshalb die Kugelhydrophone in ihrer Kapazität begrenzt sind während die erfindungsgemäßen Hydrophone größere Kapazitäten erreichen können ohne dass die laterale Ausdehnung vergrößert wird. In Ausführungsbeispielen ist die gemeinsame außenliegende Elektrode ausgebildet, Massepotential zu führen. Die innenliegende Elektrode des ersten Teilbereichs ist ausgebildet, ein negatives Potential gegenüber dem Massepotential zu führen und die innenliegende Elektrode des zweiten Teilbereichs ist ausgebildet, ein positives Potential gegenüber dem Massepotential zu führen. Das Massepotential bildet somit eine elektrisch neutrale Schirmung des Hydrophons. Somit kann die
elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden.
In Ausführungsbeispielen ist Elektronik zum Betrieb des Hydrophons im Inneren des Hohlraums angeordnet. Bei der Elektronik kann es sich um Steuer- und/oder
Auswerteelektronik für das Hydrophon handeln. Steuerelektronik kann das
Hydrophon zum Aussenden von Sonarsignalen ansteuern. Auswerteelektronik kann eine Vorverarbeitung, beispielsweise Vorverstärkung und/oder Digitalisierung, von durch Schallwellen erzeugten Hydrophonsignalen vornehmen.
Weitere Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Enden des Rohrs jeweils ein
Abschlusselement aufweisen, wobei die Abschlusselemente ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen und mit der außenliegenden Elektrode elektrisch verbunden sind, so dass eine Oberfläche des Hydrophons eine Äquipotentialfläche bildet. Somit entsteht ein nach außen vollständig von elektrischen Feldern gekapselter Hohlraum in dem Hydrophon. Allerdings können Leitungen in das Innere des Hydrophons geführt werden, um die dort angeordnete Elektronik bzw. die Kontakte zu
kontaktieren und eine entsprechende Datenübertragung zu bzw. von dem Hydrophon zu ermöglichen. Die Abschlusselemente können z.B. Kappen sein, die ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise Silber und/oder Kupfer und/oder Gold aufweisen, also z.B. elektrisch leitfähig beschichtet sind oder aus leitfähigem Material bestehen. Durch die Äquipotentialfläche entsteht ein Faradayscher Käfig.
In Ausführungsbeispielen ist das Rohr aus einer ersten Halbröhre, die den ersten Teilbereich ausbildet und einer mit der ersten Halbröhre, insbesondere mechanisch, verbundenen zweiten Halbröhre, die den zweiten Teilbereich ausbildet, geformt. Dies erleichtert die Herstellung des Rohrs mit den beiden entgegengesetzten
Polarisationen. Ferner kann so ein durch den Polarisationswechsel begünstigter Stress in einem Übergangsbereich eines einstückigen Rohrs reduziert werden. Ausführungsbeispiele zeigen eine Schleppantenne mit einer Vielzahl der vorgenannten Hydrophone, die typischerweise hintereinander, d.h. räumlich in Reihe, angeordnet und vorteilhafterweise mechanisch, beispielsweise mittels eines die Hydrophone umgebende Schlauchs, miteinander verbunden sind. Die
Schleppantenne weist ferner eine Datenleitung, insbesondere ein Bussystem, auf, wobei die Datenleitung ausgebildet ist, eine Datenübertragung zu der Vielzahl von Hydrophonen zu ermöglichen. Bei Schleppantennen mit kleinen Durchmessern können vorteilhafterweise röhrenförmigen Hydrophone eingesetzt werden. Diese können eine größere Kapazität im Vergleich beispielsweise zu kugelförmigen
Hydrophonen gleichen Durchmessers aufweisen.
Offenbart ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Hydrophons mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Rohrs mit einem ersten Teilbereich und einem zweiten Teilbereich; Aufbringen jeweils einer innenliegenden Elektrode auf den erste
Teilbereich und den zweite Teilbereich, wobei die Elektroden des ersten und des zweiten Teilbereichs mittels eines Isolationsbereichs elektrisch gegeneinander isoliert sind; Aufbringen einer gemeinsamen außenliegenden Elektrode auf den ersten und den zweiten Teilbereich; Polarisieren des zweiten Teilbereichs mit einer entgegengesetzten Polarisation zu dem ersten Teilbereich.
Ausführungsbeispiele zeigen ferner analog ein Verfahren zur Herstellung einer Schleppantenne mit Herstellen einer Vielzahl von Hydrophonen gemäß dem vorigen Verfahren und Verbinden der Hydrophone mittels einer Datenleitung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a: ein Hydrophon in einer schematischen Darstellung im Schnittbild und als Blick frontal auf die Stirnfläche (auch Kopfseite genannt) sowie in einer perspektivischen Seitenansicht;
Fig. 1 b: die Frontaldarstellung aus Fig. 1 a mit flächigem Abschlusselement; Fig. 1 c: die Frontaldarstellung aus Fig. 1 a mit partiellem Abschlusselement;
Fig. 2: eine schematische Darstellung zweier Teilbereiche, aus denen das
Flydrophon aus Fig. 1 gebildet wird;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Schleppantenne in einer
Seitenansicht.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
Fig. 1 a zeigt ein Hydrophon 20 in einer schematischen Darstellung in einer
Schnittansicht oben links, als Blick frontal auf eine Kopfseite unten links sowie in einer perspektivischen Seitenansicht unten rechts. Senkrecht zum Endpunkt des Pfeils 21 a verläuft die Schnittebene für die Schnittansicht. Pfeil 21 b zeigt die
Blickrichtung für die Frontalansicht auf das Hydrophon 20 an.
Das Hydrophon 20 weist einen ersten Teilbereich 22a und einen zweiten Teilbereich 22b auf. Der erste Teilbereich 22a weist eine innenliegende Elektrode 28a auf, der zweite Teilbereich 22b weist eine innenliegende Elektrode 28b auf. Die
innenliegende Elektrode 28a kann einen Kontakt für einen negativen Pol des ersten Teilbereichs 22a bereitstellen während die innenliegende Elektrode 28b einen Kontakt für einen positiven Pol des zweiten Teilbereichs 28b bereitstellen kann. Insoweit weist der erste Teilbereich 28a eine Polarisation derart auf, dass der negative Pol an der Innenseite ausgebildet ist während der zweite Teilbereich 28b eine Polarisation derart aufweist, dass der positive Pol an der Innenseite ausgebildet ist. In anderen Worten weist der zweite Teilbereich 28b eine entgegengesetzte Polarisation zu dem ersten Teilbereich 28a auf. Ein Isolationsbereich 24 trennt die beiden innenliegenden Elektroden 28a, 28b elektrisch voneinander. Der erste und der zweite Teilbereich 22a, 22b sind entgegengesetzt polarisiert. Die außenliegenden Elektroden 26 der Teilbereiche 22a, 22b sind elektrisch miteinander verbunden, um, insbesondere funktional, eine gemeinsame außenliegende Elektrode 26 zu bilden. Dies kann durch nachträgliches Verbinden der auf die einzelnen Teilbereiche 22a, 22b aufgebrachten Elektroden oder durch Aufbringen der gemeinsamen Elektrode auf das Rohr 22 erfolgen.
Aus fertigungstechnischer Sicht kann es einfacher sein, die Teilbereiche 22a, 22b in Form von Halbröhren separat herzustellen und nachträglich (mechanisch) zu verbinden. Dies ist möglich, da das Hydrophon vorteilhafterweise einen
symmetrischen Körper aufweist, der insbesondere rotationssymmetrisch (um eine Zentralachse) geformt ist.
Die Linien 23 zeigen einen Übergangsbereich an, in dem die Polarisation wechselt. Dieser kann auch deutlich größer ausfallen als dies schematisch in Fig. 1 a gezeigt ist. Wird das Rohr 22 aus zwei Halbröhren gebildet zeigen die Linien 23 die
Verbindungsstelle zwischen den Halbröhren an.
In der Frontalansicht unten links ist ferner gezeigt, dass die innenliegende Elektrode 28a des ersten Teilbereichs 22a an der Kopfseite des ersten Teilbereichs 22a zur Kontaktierung nach außen geführt ist. Ferner ist optional die innenliegende Elektrode 28b des zweiten Teilbereichs 22b an einer Kopfseite des zweiten Teilbereichs 22b zur Kontaktierung nach außen geführt. Ebenso ist gezeigt, dass ebenfalls optional die gemeinsame außenliegende Elektrode 26, elektrisch von den innenliegenden Elektroden (mittels des isolierenden Bereiches 24) getrennt, an der Kopfseite des ersten und/oder des zweiten Teilbereichs 22a, 22b nach außen geführt ist. Somit wird neben einer Kontaktierung im Inneren des Hydrophons auch eine Kontaktierung von außen vereinfacht.
Fig. 1 b zeigt ein Ausführungsbeispiel des röhren- bzw. hohlzylinderförmigen
Hydrophons mit einem Abschlusselement, beispielsweise einer Abdeckkappe, das das Hydrophon an beiden Enden (erste und zweite Kopfseite) der Röhre abschließt. Das Abschlusselement 29 schließt das Hydrophon (ganz-) flächig ab. Das Abschlusselement weißt vorteilhafterweise ein elektrisch leitfähiges Material auf, um durch Kontaktierung mit der außenliegenden Elektrode eine Äquipotentialfläche zu bilden. Wird die außenliegende Elektrode mit einem konstanten Potential,
beispielsweise Masse, verbunden, entsteht so ein Faradayscher Käfig. Insbesondere die Elektroden 28a, 28b sind dann gegen äußere elektromagnetische Felder geschützt, wodurch dessen EMV Verträglichkeit verbessert wird.
Fig. 1c zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel von Fig. 1 b mit einem partiellen Abschlusselement. Flier wird nur der Hohlraum des Hohlzylinders mit dem
Abschlusselement verschlossen so dass die an die Kopfseite geführten
innenliegenden Elektroden 28a, 28b weiterhin kontaktiert werden können. Das Abschlusselement deckt jedoch den Hohlraum im Inneren des Rohrs ab. Zur Bildung eines vollständigen Faradayschen Käfigs können die nach außen geführten
Elektroden mittels einer zweiten Schirmungsebene vor elektromagnetischen
Einflüssen geschützt werden. Das Abschlusselement aus Fig. 1 c kann demnach beispielsweise an der ersten Kopfseite verwendet werden, an der die innenliegenden Elektroden nach außen geführt sind und das Abschlusselement aus Fig. 1 b kann an der zweiten (gegenüberliegenden) Kopfseite verwendet werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltbilds 30, in dem die beiden dargestellten Kapazitäten 31 a, 31 b das Äquivalent zu den (darüber dargestellten) Teilbereichen 22a, 22b bilden. Die beiden außenliegenden Kontakte der Kapazitäten sind miteinander verbunden, die innenliegenden Kontakte können beschältet werden. Hier ist ersichtlich, dass die beiden Teilbereiche, bzw. die
Kapazitäten, eine Reihenschaltung bilden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schleppantenne 32 in einer
Seitenschnittansicht. Die Schleppantenne weist eine Vielzahl, hier drei, der oben beschriebenen Hydrophone 20 auf. Punkte 38 zeigen an, dass eine beliebige weitere Anzahl von Hydrophonen in der Schleppantenne 32 angeordnet sein können. Die Hydrophone 20 sind mittels einer Datenleitung 34 miteinander verbunden. Die Datenleitung 34 ist beispielsweise ein Bussystem. Über die Datenleitung 34 sind die Hydrophone einzeln ansteuerbar, d.h. sie können beispielsweise im Sendebetrieb zeitlich versetzt oder mit unterschiedlicher Intensität Schallwellen aussenden. Die entsprechenden Informationen können über die Datenleitung 34 bereitgestellt werden. Ferner können auch die Ausgangssignale der Hydrophone im
Empfangsbetrieb über die Datenleitung 34 an ein Wasserfahrzeug, beispielsweise ein Schiff oder U-Boot, übermittelt werden.
Die Hydrophone 20 sind beispielsweise in einem Mantel 36 fixiert, d.h. relativ zu den benachbarten Hydrophonen im Wesentlichen ortsfest angeordnet. Ergänzend oder alternativ zu dem Mantel 36 können aber auch andere Verbindungsmittel, beispielsweise Ketten oder Stangen, verwendet werden um die Hydrophone 36 zu fixieren. Die Schleppantenne kann dann hinter einem Wasserfahrzeug,
beispielsweise einem Schiff oder U-Boot, als Sonarsender und/oder
Sonarempfänger, hinterhergezogen werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine
Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden
Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. Bezugszeichenliste:
20 Hydrophon
21 Pfeil
22 Rohr
22a/b erster/zweiterTeilbereich
23 Übergangsbereich
24 Isolationsbereich
26 außenliegende Elektrode
28 innenliegende Elektrode
29 Abschlusselement
30 Ersatzschaltbild
31 Kapazitäten im Ersatzschaltbild
32 Schleppantenne
34 Datenleitung
36 Mantel
38 Punkte, die weitere Hydrophone anzeigen

Claims

Patentansprüche
1. Hydrophon (20) mit folgenden Merkmalen: einem Rohr (22) mit einem ersten Teilbereich (22a) und einem zweiten
Teilbereich (22b), wobei der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich jeweils eine innenliegende Elektrode aufweist, wobei der zweite Teilbereich (22b) eine entgegengesetzte Polarisation zu dem ersten Teilbereich (22a) aufweist; wobei die Elektroden des ersten und des zweiten Teilbereichs (22a, 22b) mittels eines Isolationsbereichs (24) elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei der erste und der zweite Teilbereich (22) eine gemeinsame außenliegende Elektrode (26) aufweisen.
2. Hydrophon (20) gemäß Anspruch 1 , wobei die gemeinsame außenliegende Elektrode ausgebildet ist, das
Massepotential zu führen und wobei die innenliegende Elektrode (28a) des ersten Teilbereichs (22a) ausgebildet ist, ein negatives Potential gegenüber dem Massepotential zu führen und wobei die innenliegende Elektrode (28b) des zweiten Teilbereichs (22b) ausgebildet ist, ein positives Potential gegenüber dem Massepotential zu führen.
3. Hydrophon (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei Elektronik zum Betrieb des Hydrophons im Inneren des Rohrs angeordnet ist.
4. Hydrophon (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die innenliegende Elektrode (28a) des ersten Teilbereichs (22a) an einer Kopfseite des ersten Teilbereichs (22a) zur Kontaktierung nach außen geführt ist.
5. Hydrophon (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die innenliegende Elektrode (28b) des zweiten Teilbereichs (22b) an einer Kopfseite des zweiten Teilbereichs (22b) zur Kontaktierung nach außen geführt ist.
6. Hydrophon (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die gemeinsame außenliegende Elektrode, elektrisch von den
innenliegenden Elektroden isoliert, auf eine Kopfseite des Rohrs geführt ist.
7. Hydrophon (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Rohr ein piezoelektrisches Material, insbesondere eine Piezokeramik, aufweist.
8. Hydrophon (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Rohr aus einer ersten Halbröhre, die den ersten Teilbereich ausbildet und einer mit der ersten Halbröhre verbundenen zweiten Halbröhre, die den zweiten Teilbereich ausbildet, geformt ist.
9. Hydrophon (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Hydrophon (20) an einer ersten Kopfseite des Rohrs ein erstes Abschlusselement aufweist und an einer zweiten Kopfseite des Rohrs ein zweites Abschlusselement aufweist, wobei die Abschlusselemente ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen und mit der außenliegenden Elektrode (26) elektrisch miteinander verbunden sind, so dass eine Oberfläche des Hydrophons eine Äquipotentialfläche bildet.
10. Schleppantenne (32) mit folgenden Merkmalen: einer Vielzahl von Hydrophonen (20) gemäß einem der vorherigen Ansprüche; einer Datenleitung (34), insbesondere einem Bussystem, wobei die Datenleitung (34) ausgebildet ist, eine Datenübertragung zu der Vielzahl von Hydrophonen zu ermöglichen.
11. Verfahren zur Herstellung eines Hydrophons mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Rohrs mit einem ersten Teilbereich (22a) und einem zweiten Teilbereich (22b);
Aufbringen jeweils einer innenliegenden Elektrode auf den ersten Teilbereich und den zweite Teilbereich, wobei die Elektroden des ersten und des zweiten
Teilbereichs (22a, 22b) mittels eines Isolationsbereichs elektrisch gegeneinander isoliert sind;
Aufbringen einer gemeinsamen außenliegenden Elektrode (26) auf den ersten und den zweiten Teilbereich.
Polarisieren des zweiten Teilbereichs (22b) mit einer entgegengesetzten
Polarisation zu dem ersten Teilbereich (22a);
12. Verfahren zur Herstellung einer Schleppantenne (32) mit folgenden Schritten:
Herstellen einer Vielzahl von Hydrophonen (20) gemäß dem Verfahren aus Anspruch 11 ;
Verbinden der Hydrophone mittels einer Datenleitung.
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