Nuwe ontwikkelings piëzo-keramiek wat in die onderwater sonar-omskakelaars gebruik word(2)

Ten einde die opsporingsprestasie van passiewe sonar te verbeter, het navorsing 'n vektorhidrofoon ontwikkel wat skalêre parameters (klankdruk) en vektorparameters (vibrasiespoed) in die klankveld kan ontvang en benut, en die inligting in die klankveld ten volle kan benut. Vektorhidrofone en hul ooreenstemmende seinverwerkingstegnologieë is van die nuwe tegnologieë wat tans internasionaal ontwikkel word. die toepassing van vektorhidrofone in die SURTASS-stelsel los die probleem van die linker- en regterkantvervaging op. Dit word die vektorhidrofoon-sleeplynskikking gebruik om die houding, sleepspoed en vloeigeraas van die vektorhidrofoon sistematies te bestudeer om die vektorhidrofoon op te spoor. Die ontwikkeling van vektorhidrofone het basies strukturele serialisering en funksionele nut bereik wat aan verskillende ingenieursvereistes kan voldoen. 'n Aantal eenhede het met navorsing op hierdie gebied begin. Na 'n dekade van navorsing en tegnologie bekendstelling, het hulle ook begin beweeg na die praktiese stadium van ingenieurswese. In terme van strukturele vorm word die klankdrukgradiënt hidrofoon ook 'n vibrasiespoed hidrofoon genoem, en kan verdeel word in 'n dubbele klankdruk hidrofoon, 'n differensiële druk tipe en 'n homogeniserende sferiese tipe. Die dubbelklank hidrofoon tipe is direk saamgestel uit twee klankdruk hidrofoon, en die vaste dop tipe klank druk gradiënt hidrofoon het 'n vaste omhulsel, en die dubbel gelamineerde omhulsel. piëzo-elektriese hemisfeer piëzo-keramiek word op die buitenste omhulsel vasgemaak, en die druk is vas. Die elektriese plaat word onderwerp aan buigvibrasie onder die werking van 'n klankdrukgradiënt in die dikte-rigting daarvan. Die sensitiewe komponente word in drie ortogonale rigtings geplaas en het dieselfde fasemiddelpunt, wat 'n driedimensionele vektorhidrofoon uitmaak. Nadat die klankdrukhidrofoon en die vektorhidrofoon struktureel geïntegreer is, is die geheel sferies, en die dryfvermoë in die seewater is nul. Die saamgestelde vektorhidrofoon met dieselfde vibrasie (hierna verwys as 'n vektorhidrofoon) word saamgestel, en die uitsetseine van die twee word verwerk. Die ko-vibrasievektorhidrofoon raak nie aan die water nie, en die sensor reageer op die algehele pulsasie van die sensor, wat gratis installasie vereis. Byvoorbeeld, vektorhidrofoon met 'n bedryfsfrekwensiereeks van 20Hz tot 6000Hz en Mp =-180dB. Benewens die ko-vibrasie vektor hidrofoon, is daar ook 'n differensiële druk tipe. Die differensiële drukvektor hidrofoon kontak die medium water en reageer nie op die algehele beweging van die sensor nie, maar ook op die hoë frekwensie reeks. Die rigting van die vektorhidrofoon is cosinusvormig. Eenrigtinggerigte straalskerp en elektroniese rotasie van die straal kan bereik word om oriëntasie te bereik. Die bedryfsfrekwensie van die vektorhidrofoon kan wissel van 'n paar honderd hertz tot 'n paar tientalle kilohertz. Na die seinverwerking kan die klankenergievloei die geraas met 10-20dB onderdruk in vergelyking met die klankdrukseinenergie. Die enkelvektorhidrofoon het 'n oriëntasie-akkuraatheid van ±2° en kan tot 1° wees na spesiale behandeling.

Piëso-elektriese keramiek-omskakelaar

Reeds in 1978 word 'n piëzo-keramiekfase en 'n polimeerfase-gebonde struktuurmateriaal voorgestel. Hierdie materiaal het 'n besonder hoë hidrostatiese piëso-elektriese koëffisiënt in vergelyking met piëzo-elektriese keramiek en is baie groter as PZT piëzo-elektriese keramiek, wat dit ideaal maak vir diepwatertoepassings. Die kenmerkende impedansie daarvan is klein, dit is maklik om by water te pas, frekwensiebandwydte, en sy eienskappe kan ook aangepas word deur die verhouding van piëzo-keramiek te verander. Tot dusver is dosyne saamgestelde piëso-elektriese materiale ontwikkel. Onder hulle word die 222, 123 en 023, 321 tweefase saamgestelde materiale oor die algemeen beskou as die mees belowende toekomstige sonaromskakeling. Die 023 saamgestelde materiaal, wat van keramiekpoeiermateriaal en rubber gemaak word, word piëzo-elektriese rubber genoem. Dit het die sagtheid en buigsaamheid van rubber, wat 20 keer dié van gewone piëso-elektriese keramiek is, wat gelykstaande is aan PVDF. Hierdie voordele maak dit geskik vir oppervlakhidrofone. Piëso-elektriese rubber is maklik om 'n paar millimeter dik te maak, wat sy voordeel bo PVDF is. Navorsing oor nanogestruktureerde saamgestelde piëso-elektriese materiale is ook uitgevoer. Dit is 'n proses waarin piëso-elektriese keramiek verwerk word en dan in saamgestelde piëso-elektriese materiale ingevoeg word. Nog 'n metode is om piëzo-elektriese keramiek in poeiers te verwerk. Dit word dan gesinter en met ander materiale gevorm. Hierdie vakgebied word tans bestudeer. Materials Systems het 'n grootskaalse saamgestelde hidrofoonmodule met 'n standaardgrootte van 250 × 250 mm suksesvol ontwikkel. Dit het ook 'n model 123 ontwikkel piëzo-elektriese saamgestelde transducer skikking vir gebruik in nuwe liggewig elektriese torpedo versameling en vokale basisse. Dit het ook 'n 123-gekoppelde piëzo keramiek kolom en epoksie saamgestelde oppervlak element hidrofoonmodule ontwikkel, die grootte is 100 × 180 mm, en vorm 'n 18-element wye gesiglengte van 'n matrikslengte van 'n 9m-matrikslengte van 'n 9m-matriks. 200mm by 60KHz. Die volgende wyeband sensitiwiteit is hoër as -190dB en die fluktuasie is minder as 2dB. Beide teorie en eksperiment bewys dat die saamgestelde materiaal die emissiereaksie en ontvangsensitiwiteit met 3dB~5dB kan verhoog as gevolg van die oorlaai-effek van die polimeermateriaal. Nadat die harde omslag bygevoeg is, is die effek duideliker en kan dit met 10dB verbeter word.

Ten einde die turbulensie-geraas-interferensievermoë van die skeepskant-skikking sonar-teen-skip-oppervlak te verbeter, word 'n groot-area-hidrofoon in die skipsy-skikking sonar gebruik volgens die eienskappe van die geraasverwante radius. PVDF piëzo-elektriese film is 'n ideale piëzo-elektriese materiaal vir die maak van groot-area hidrofone. Dit is lig in tekstuur, buigsaam en maklik om 'n geboë vorm te maak. 'n Groot-area hidrofoon is vervaardig met 'n PVDF-film van 'n oppervlakte van 200 × 300 × 0.2 mm, en die sensitiwiteit is ongeveer -200 dB in die frekwensiegebied van 'n paar honderd hertz tot 4 kHz. Benewens PVDF piëzo-elektriese films, is in die 1990's 'n nuwe piëzo-elektriese filmmateriaal PVDF-TrFE (VF2) ontwikkel. wat 'n ferro-elektriese polimeer-kopolimeer is wat gevorm word van polivinielideenfluoried (PVDF) en politrifluoretileen (TrFE), en is elektronies stralingsmodifikasie. Hierdie nuwe materiaal het die potensiaal om die temperatuur- en drukstabiliteitsprobleme van PVDF piëzo-elektriese films en laterale modusprobleme op te los, en die sensitiwiteit is ook effens verbeter.

Van 1997 tot 2000 het Institute of Ceramics en Xi'an Jiaotong Universiteit agtereenvolgens 'n soort ontspanne ysterspanning elektriese enkelkristalmateriaal ontwikkel, waarna verwys word as PMN2PT en PZN2PT. Hierdie materiaal het 'n groter verbetering in energiebergingsdigtheid, elektromeganiese koppelingskoëffisiënt, diëlektriese konstante en dies meer as gewone piëso-elektriese keramiek, en het oorblywende polarisasie, en vereis nie 'n GS-voorspanning nie. Die prestasieparameters van PMN2PT word gegee. Dit is in die dekade sedert die koms van piëzo-elektriese keramiek in die 1950's deur tydskrifte soos SCIENCE en NATURE as 'n seldsame en opwindende deurbraak beskou. Daar is egter steeds tekortkominge soos lae meganiese treksterkte en verskeie kompleksiteite met temperatuur, frekwensie en elektriese veld, en die koste is te hoog. Dit is gemaak van 'n tipe IV gebuigde lae frekwensie hoë krag transducer, wat 5 dB hoër is as die transducer met dieselfde struktuur gemaak van PZT28 materiaal. 'n Deel van die ferro-elektriese liggaam van PMN2X het 'n GS-gepolariseerde elektriese veld nodig om as 'n hoëkrag-emitterende materiaal gebruik te word.