¿Qué dispositivo / componente de principios de la década de 1940 puede escuchar solo un rango estrecho específico de frecuencias acústicas?

Lección de historia del sonar: -

  

En 1906, el arquitecto naval estadounidense Lewis Nixon inventó el primer   Sonar como dispositivo de escucha para detectar icebergs. Durante la primera guerra mundial   (1914-18), la necesidad de detectar submarinos aumentó el interés en el sonar.   El físico francés Paul Langévin construyó el primer sonar establecido para   detectar submarinos en 1915. Al principio, estos equipos de sonar solo podían   "escuchar" a las señales de retorno. En 1918, Gran Bretaña y los Estados Unidos.   había construido equipos de sonar que podían enviar, así como recibir, sonido   señales El ejército de los Estados Unidos comenzó a usar el término "sonar" durante el Mundial.   La guerra II. Al igual que con el radar, las nuevas aplicaciones militares para sonar son.   constantemente en desarrollo. Por ejemplo, a principios de la década del 2000, los EE. UU.   La Marina introdujo un sistema de sonar para ayudar a despejar las minas militares.

Texto anterior tomado de aquí . El uso de circuitos resonantes, ya sean mecánicos o asistidos por filtros eléctricos, fue bien conocido a lo largo del siglo XX.

Electricidad piezoeléctrica: -

  

La palabra "piezo" se deriva de la palabra griega para presión. los   efecto piezoeléctrico fue descubierto por Jacques y Pierre Curie en   1880. Encontraron que la presión aplicada a un cristal de cuarzo crea una carga eléctrica en el cristal, un fenómeno al que denominaron   Efecto piezoeléctrico (directo). Más tarde también verificaron que una   campo eléctrico aplicado al cristal conduce a una deformación de la   Material: el efecto piezoeléctrico inverso. En el siglo siguiente,   Se ha realizado investigación en el desarrollo de materiales con   Propiedades piezoeléctricas mejoradas, permitiendo la utilización comercial de   El fenómeno piezoeléctrico.

Tomado de aquí . Hacer que un movimiento mecánico resuene durante mucho más tiempo que solo en el siglo XX: piense en afinar los tenedores y péndulos, etc.

Como antiguo ingeniero de sonar, puedo decirle que todos los transductores de sonar tienen frecuencias de resonancia mecánica. Para los sonares pasivos, para los cuales es deseable una banda de frecuencia operativa amplia, los hidrófonos están diseñados para tener una frecuencia resonante muy por encima de la frecuencia operativa. De esa manera, su respuesta de recepción es relativamente plana hasta que se acerca la frecuencia de resonancia.

Para los sonares activos, la eficiencia de la transmisión es importante, por lo que se utilizan transductores que funcionan a su frecuencia de resonancia. Dado que son dispositivos resonantes, tienen una Q mecánica que determina su ancho de banda útil. La mayoría de los transductores de sonar tienen Q en el rango de aproximadamente 5 a 20. Para una aplicación de torpedo, en la cual el tamaño es importante, la frecuencia de operación será alta para mantener pequeño el tamaño del transductor.

Un transductor resonante, debido a consideraciones mecánicas, será aproximadamente del tamaño de la longitud de onda de su frecuencia resonante. Por lo tanto, un transductor resonante a 5 kHz tendrá un tamaño de aproximadamente 1 pie, mientras que un transductor de 50 kHz tendrá un tamaño de aproximadamente 1 pulgada. Por lo tanto, los sonares de torpedos suelen operar en frecuencias cercanas a 50 kHz. En cuanto a la detección de la señal recibida, entran en juego 2 factores. Uno, la respuesta de recepción del transductor también está limitada en banda (los transductores, debido a la reciprocidad mecánica, tienen la misma respuesta de frecuencia para recibir que para transmitir). Por lo tanto, el transductor filtra eficazmente gran parte de las señales no deseadas presentes en el entorno oceánico. Dos, el circuito del preamplificador que recibe la señal del transductor tiene filtrado de paso de banda incluido, por lo que también se rechazan las señales fuera de la banda operativa del sonar.

En la década de 1940, ciertamente era parte del estado de la técnica construir tales circuitos (por ejemplo, el fusible de proximidad que aumentó considerablemente el rendimiento de los cañones antiaéreos durante la Segunda Guerra Mundial usó tubos de vacío en miniatura en un sistema de radar que operaba a mucha frecuencias más altas).

Para resumir, fue la combinación de un transductor de sonar resonante y amplificadores de banda limitada lo que permitió la creación de un torpedo homing.

De hecho, parece haber sido piezoeléctrico.

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Las primeras aplicaciones serias en dispositivos piezoeléctricos tuvieron lugar durante la Primera Guerra Mundial. En 1917, P. Langevin y sus colaboradores franceses comenzaron a perfeccionar un detector ultrasónico de submarinos. Su transductor era un mosaico de finos cristales de cuarzo pegados entre dos placas de acero (el compuesto con una frecuencia de resonancia de aproximadamente 50 KHz), montado en una carcasa adecuada para la inmersión. Trabajando más allá del final de la guerra, lograron su objetivo de emitir un "chirrido" de alta frecuencia bajo el agua y medir la profundidad sincronizando el eco de retorno. Sin embargo, la importancia estratégica de su logro no fue pasada por alto por ninguna nación industrial, y desde ese momento el desarrollo de transductores, circuitos, sistemas y materiales de sonar nunca ha cesado.

El mismo artículo continúa describiendo un mejor desarrollo del material cerámico y ferroeléctrico para uso del sonar en la Segunda Guerra Mundial.

"sensible a un rango estrecho de frecuencias" implica una estructura resonante, y la cita anterior describe los sensores como resonantes a alrededor de 50 kHz.