Ontwikkeling van Onderwater Akoestiese Transducer in Onderwater Detection Toepassing

Die akoestiese onderwater-omskakelaar is die hoofinstrument wat klankgolwe gebruik om onderwaterteikens op te spoor, te identifiseer en op te spoor, of om onderwater te kommunikeer en verslae te stuur. Die omskakelaar wat gebruik word om klankgolwe uit te stuur, word 'n sender genoem. Wanneer die omskakelaar in die emitterende toestand is, skakel dit elektriese energie om in meganiese energie en dan in akoestiese energie. Tans het konvensionele transduktor-skikkingselemente wat met piëzo-elektriese materiale ontwerp is, veral lae-frekwensie-omskakelaars, 'n groot volume en gewig as gevolg van hul strukturele eienskappe, wat nie net die vervaardigings-, gebruik- en instandhoudingskoste verhoog nie, maar ook spesiale kenmerke vir die platform voorstel. Vereistes en beperk die skaal en vorm van vorming, en beperk daardeur taktiek en tegniese aanwysers. Hoe om die probleem van die grootte en vorm van die akoestiese skikking op te los, hoe om die strukturele ontwerp van die laefrekwensie en hoëfrekwensie sonar skikkings te verenig, en op grond van die nuwe skikking element struktuur, deur grootskaalse konforme skikkings te kombineer om die klank te verbeter. onderwaterwapens en verbeter die onderwatergevegsvermoëns van ons weermag.

 

1 Nuwe tipe piëso-elektriese saamgestelde transducer

Figuur 3.1 Skikkingselement en deursnee-aansig van die maanknop piëso-elektriese saamgestelde transducer

Figuur 3.2 Skikkingselement en deursnee-aansig van die simbaalomskakelaar

Maanknop tipe piëzo-elektriese akoestiese onderwater-omskakelaar (Figuur 3.1) en simbaaltipe piëso-elektriese saamgestelde transduktor (Figuur 3.2) is die mees verteenwoordigende buigspanning-omskakelaars wat tans in die buiteland op gefokus word. Die piëso-elektriese saamgestelde transduktors van hierdie twee strukture is vernoem na die vorm van hul metaal eindkappe. Die metaal-eindkapholte van die maanknopstruktuur is 'n maanknop-tipe, terwyl die metaal-eindkapholte van die simbaalstruktuur 'n simbaaltipe is, en die holte is lug. Hulle is almal gemaak van 'n samestelling van metaal en piëzo-elektriese keramiek. Metaal-piëzo-elektriese keramiek saamgestelde materiale word gekombineer met piëzo-elektriese keramiek deur plaatvormige, dopvormige en dopvormige metale om die spanningsverspreiding binne die keramiek te verander, en sodoende die werkverrigting van piëzo-elektriese materiale te verbeter. Die belangrikste kenmerke daarvan is eenvoudige ontwerp, maklike verwerking en lae koste. Die maanknop piëso-elektriese saamgestelde transducer en die simbaal piëso-elektriese saamgestelde transducer toon goeie piëso-elektriese werkverrigting. Hierdie struktuur verander die spanningsverspreiding van die keramiek-koppelvlak deur die spanningsomskakeling tussen die dopvormige metaal en die keramiek-koppelvlak, en maak die saamgestelde materiaal Die longitudinale piëzo-elektriese werkverrigting en die transversale piëzo-elektriese werkverrigting produseer 'n additiewe effek, waardeur die piëzo-elektriese koppelingsprestasie dh van die materiaal aansienlik verbeter. Onder hulle is die dh van die maanknopstruktuur saamgestelde materiaal 10-20 keer hoër as dié van die piëzo-elektriese keramiek. Die petstruktuur kan 30-40 keer hoër wees as piëzo-elektriese keramiek. Die prestasievergelyking van maanknop- en dop-vormige metaal-piëzo-elektriese keramiekkomposiete en piëso-elektriese keramiek word in Tabel 3.1 getoon.

 

2 Simbaal-omskakelaar

Figuur 4.1 Deursnee-aansig van die basiese struktuur van die simbaaltransduktor-skikkingselement

Figuur 4.2 Die radiale verplasing van die keramiekskyfie van die simbaalskikkingselement word omskep in die verplasing in die dikterigting van die metaaldop

Skikkingselementstruktuur: Die basiese struktuur van die skikkingselement word in Figuur 4.1 getoon. Dit word gevorm deur twee stukke metaalplaat wat in 'n simbaalvorm gestempel is en 'n piëso-elektriese keramiekplaat te bind. Die materiaal van die metaalplaat kan titaniumlegering, koper, legeringstaal, ens wees. Die gebruik van titaniumlegering as die metaalplaatmateriaal kan maak dat die simbaalelement groter weerstand teen waterdruk het. Vir die element deursnee dp=10mm, die simbaal onderwater akoestiese transducer kan die druk op 'n diepte van 600 meter weerstaan. Titaniumlegeringsmateriale is egter duurder as koper- en legeringstaalmateriale. Daarom is titaniumlegeringsmateriaal relatief beperk wanneer die waterdiepte nie in ag geneem word nie. In vergelyking met legeringstaalmateriale, het koper simbaalreekselemente beter piëso-elektriese eienskappe wanneer dit gelyktydig op simbaalreekselemente toegepas word. Die materiale van piëzo-elektriese keramiek sluit ook hoofsaaklik PZT-4, PZT-8 en PZT-5 in. Wanneer simbaal-omskakelaars as transduktors gebruik word, word PZT-4 en PZT-8 piëso-elektriese keramiek algemeen as ontvangomvormers gebruik. Wanneer dit gebruik word, word PZT-5 piëzo-elektriese keramiek algemeen gebruik. Werksbeginsel: Wanneer spanning op die twee pole van die simbaalskikkingselement toegepas word, sal die piëso-elektriese keramiek longitudinale en laterale vibrasie produseer. Die longitudinale vibrasie van die piëzo-elektriese keramiek maak dat die twee metaalplate van die skikkingselement direk longitudinale verplasing produseer; Die laterale verplasing veroorsaak dat die metaalplaat in die radiale rigting saamdruk of uitsit. As gevolg van die spesiale vorm van die simbaal veroorsaak dit ook die longitudinale verplasing van die bokant van die metaalplaat, soos getoon in Figuur 4.2. Beide die longitudinale en radiale verplasing van die piëzo-elektriese keramiek sal veroorsaak dat die metaal einddop 'n longitudinale verplasing produseer, en die resultaat van die superposisie van die twee verplasings is die verplasing van die metaal einddop, wat lei tot die versterking van die verplasing van die metaal einddop.

 

3 Eienskappe en toepassingsvooruitsigte van simbaal piëzo-elektriese onderwater akoestiese transducer

3.1 Kenmerke van simbaal piëso-elektriese transducer

1) Die skikkingselement is klein in grootte, hoog in statiese druk en piëzo-elektriese koëffisiënt, maklik om by die watermedium te pas, en het 'n baie groot bandwydte; onder hulle word die konkawe skikkingselementontwerp en die spesiale hidrostatiese balansontwerp gebruik om deur die werkdieptegrens van die basiese skikking te breek.

2) Verskaf 'n tipe omvattend toepaslike akoestiese sensors en skikkings vir onderwaterplatforms en onderwaterwapens. Hierdie tipe akoestiese skikking is klein in grootte, lig in gewig en het 'n wye reeks toepassings. Eis.

3) As gevolg van die klein en ligte eienskappe van die nuwe simbaalskikking, kan dit op groot skaal saamgestel word.

4) Gebruik simbaal skikking element ontwerp teorie en spesiale sagteware om die skikking struktuur van elke frekwensie band te verenig in 'n simbaal struktuur van verskeie skale, sodat elke frekwensie band geoptimaliseer en ontwikkel kan word

Dit vermy ook onnodige en vervelige toetse en vorm 'n vinnige en verenigde nuwe simbaalreeks ontwerp en ontwikkelingsmetode. Deur hierdie metode te gebruik, sal benewens die ontwikkeling van produkte met soortgelyke bedryfsfrekwensies, nuwe laefrekwensie, hoëfrekwensie skikkingselemente en basiese skikkings wat in verskillende frekwensiebande werk ook ontwikkel word.

 

3.2 Toepassingsvooruitsigte

1) Onderwater kommunikasie: Omdat die simbaal sonar transducer die eienskappe van klein grootte, ligte gewig, maklike ontplooiing, hoë sensitiwiteit, ens., kan die simbaal sonar skikking elemente gevorm word in 'n lineêre skikking vir onderwater kommunikasie, of as 'n Die onderwater kommunikasie stelsel eenheid vestig 'n onderwater kommunikasie netwerk om groot-area en lang-afstand onderwater-verdediging te realiseer, ooreenkomstig die kan onderwater-verdediging, volgens die kan onderwater-posisie behoeftes, wat onderwater kommunikasie vinnig en buigsaam maak.

2) Gebruik vir torpedoleiding: Simbaalsonar het hoë ontvangsensitiwiteit. Simbaalsonar kan op passiewe torpedo's toegepas word om torpedoopsporing en -leiding te realiseer.

3) Word gebruik vir die ontvangs van sonars vir duikboot: die simbaalsonar-reekselemente kan in 'n gemeenskaplike skikking gevorm word, wat op die kop of kant van die duikboot gerangskik kan word om die funksies van opsporing en posisionering uit te voer.

4) Ander: kan gebruik word as sleepsonar, mynvermydingsonar, dipsonar, ens.