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

Transducer is 'n belangrike deel van sonar. Vanuit die perspektief van die geskiedenis van hidro-akoestiek, is elke stap van die ontwikkeling van onderwater-akoestiek onafskeidbaar van die ontwikkeling van transducer-tegnologie. Aangesien hidro-akoestiese omskakelaars 'n sleutelrol in akoestiese onderwater-ingenieurswese speel, het baie ontwikkelde lande geweldig in die navorsing belê. Uit die geskiedenis van die ontwikkeling van onderwater akoestiese toerusting, vanaf die begin van die Eerste Wêreldoorlog, het die Langevin tipe transducer bestaande uit piëzo-elektriese keramiekkristalle en metaalmassas is gebruik. Na baie produkvervangings is die omskakelaars gebruik. Die prestasie is aansienlik verbeter. In die afgelope twee of drie dekades, as gevolg van militêre aanvraag, die vinnige ontwikkeling van wetenskap en tegnologie, die voortdurende ontwikkeling en toepassing van nuwe transducer materiale, en die toepassing van eindige piezo element analise in transducer ontwerp, transducer navorsing. Gebaseer op die klassieke teorie en analitiese metodes, het baie nuwe konsepte en metodes na vore gekom. Die akoestiese onderwateromskakelaar staar 'n nuwe rondte van produkvervanging in die gesig. Reusagtige magnetostriktiewe verdunde omskakelaar, hoë werkverrigting elektrostriktiewe piëzo-keramiek-omskakelaar, vektorhidrofoon, piëzo-elektriese saamgestelde omskakelaar, lae-frekwensie groot area PVDF-hidrofoon, optiese veselhidrofoon, ens. Dit verteenwoordig die jongste ontwikkelings in transduktornavorsing. Vanuit hierdie aspek sien hierdie artikel uit na die jongste ontwikkelings van onderwater sonar-omskakelaars.

reuse magnetostriktiewe transducer

In die 1970's het AE Clark ontdek dat seldsame aardlegerings supermagnetostriktiewe eienskappe het. Hierdie maksimum spanning wat deur magnetostriktiewe effekte veroorsaak word, is 6 tot 20 keer groter as dié van piëzo-elektriese buis-omskakelaar wat in onderwater akoestiese transducers gebruik word, en die energiedigtheid is ongeveer 10 tot 20 keer, en die klanksnelheid is slegs 2/3 tot 3/4 van die piëzo-elektriese keramiek, en die prestasievergelyking tussen die seldsame aardmateriaal Terfenol2D en die konvensionele piëzo-elektriese materiaal en PZT is gegee-8. Daarom, onder dieselfde volume toestande, het die Terfenol2D hidroakoestiese omskakelaar 'n resonansiefrekwensie wat 2/3 tot 3/4 laer is as die resonante frekwensie van die piëso-elektriese keramiek hidro-akoestiese omskakelaar. Omdat die transducer gemaak van seldsame aarde reuse magnetostriktiewe materiaal Terfenol2D het die kenmerke van groot transmissie krag, klein volume, ligte gewig en hoë temperatuur omgewing, word dit verkry in die ontwikkeling van lae frekwensie-baie lae frekwensie hoë krag onderwater akoestiese transducer. Voldoende aandag en toepassing. In die 1980's het ontwikkelde lande verskeie seldsame aarde-omskakelaars ontwikkel en dit op die militêre gebied toegepas. Swede het suksesvol geboë seldsame aarde-omskakelaars met 'n klankkrag van 151 kW vir mynvee ontwikkel. China het in die 1990's met navorsing begin, maar dit het vinnige vordering gemaak. Hulle het met welslae seldsame aard-buigomskakelaars, seldsame aarde-ingelegde omvormers en longitudinale saamgestelde staaf seldsame aarde-omskakelaars, ens. Die hoofkenmerke van Terfenol2D-materiale is (1) bros materiale en moeilike bewerking. (2) Aangesien seldsame aardmateriale nie net 'n magnetiese geleidende materiaal is nie, maar ook 'n geleidende materiaal, wanneer die eksterne magnetiese veld verander, sal die seldsame aarde-omskakelaar die seldsame aarde-omskakelaar wees. Wervelstroomverliese sal binne gegenereer word, en verliese sal groot wees by hoë frekwensies. In vergelyking met piëzo-elektriese keramiekomskakelaars, moet reuse-magnetostriktiewe omskakelaars probleme soos magnetiese voorspanning, voorspanning, wervelstroomverlies en diepwaterkompensasie oplos. Tans is daar 'n paar oplossings vir hierdie tekortkominge. Vir die doel om die probleem van bros materiaal en groot wervelstroomverlies op te los, word die reuse-magnetostriktiewe materiaal GMPC, verpoeierde Terfenol 2D, die bindingsmateriaal gemeng en deur poeiermetallurgie gedruk en gevorm. Vir die ontwerp van reuse magnetostriktiewe omskakelaars is dit 'n voordelige oplossing om sy groot vervorming en hoë energiedigtheid as die opwekkingsbron van die buigomvormer ten volle te benut. Dit kan gebruik word om 'n verskeidenheid lae frekwensie, klein volume en hoë krag omskakeling te maak. Korrekte seleksie van die magnetiese voorspanning, voorspanning en toepassingstegnieke van seldsame aarde reuse magnetostriktiewe materiale het 'n groot impak op die werkverrigting van die omskakelaar. Oor die algemeen word die magnetiese voorspanning gekies op 1/3 van die magnetostriktiewe versadigingswaarde, en die voorspanning word van 7 MPa tot 10 MPa gekies om 'n groot uitsetkrag te verkry.

Optiese vesel hidrofoon

Optiese veselhidrofoontegnologie het in die laat 1970's in die US Naval Laboratory begin. Die optiese vesel hidrofoon het die voordele van hoë sensitiwiteit, sterk anti-elektromagnetiese interferensie vermoë, groot dinamiese omvang, klein grootte en ligte gewig Pzt4 piëso-elektriese halfrond . Daarom is die tegnologie hoog aangeslaan sodra dit gebore is, en dit is beskou as een van die sleuteltegnologieë van nasionale verdediging. Na meer as 20 jaar van ontwikkeling het optiesevesel hidrofoon tegnologie groot vordering gemaak in ontwikkelde lande, en verskeie optiese vesel hidrofone is bekendgestel. Hulle het die volledig-vesel hidrofoon duikboot klank moniteringstelsel, sleep lyn skikking, duikboot konforme skikking en so aan voltooi. Die suksesvolle ontwikkeling van vastestoflasers het veral 'n groot wêreld van toepassings vir optiese vesels oopgemaak. Die optiesevesel hidrofoontegnologie het ook 'n goeie begin. Die werkverrigting van die eenheid prototipe was naby aan of bereik die internasionale vlak, en die vesel-optiese hidrofoon-skikking tegnologie navorsing is uitgevoer. Die penetrasie van sonarnavorsing in lasertegnologie sal ongetwyfeld 'n nuwe bladsy in sonarnavorsing oopmaak. Alle soorte optiese vesel hidrofone is ontwerp volgens die effek van klankgolf om die fasemodulasie of intensiteitsmodulasie van die vesellig te maak. Die vesel word verdeel in multimodusvesel en enkelmodusvesel. Die optiese vesel hidrofoon word meestal van enkelmodusvesel gemaak. Interferometer tipe en ligintensiteit modulasie tipe. Onder die werking van klankdruk word spanning in die kern van die optiese vesel gegenereer om veranderinge in brekingsindeks en lengte te veroorsaak. Hierdie twee veranderinge veroorsaak fasemodulasie van die laser wat in die optiese vesel voortplant. Die interferometer tipe optiese vesel hidrofoon is om die vesel wat deur die klankveld geraak word as die sensitiewe vesel te gebruik, en die ander is geskei van die klankveld. Die vesel met 'n vaste faseverskil word gebruik as die verwysingsvesel, wat op die arms van die interferometer geplaas word, en die foto-elektriese omsetter .Na die sintese word interferensie op die oppervlak van die ontvangde fotovermenigvuldiger gevorm, en akoestiese inligting word opgespoor. Omdat die golflengte van lig baie klein is, is die geringe spanning van die sein wat deur die klankdruk veroorsaak word nie 'n klein verandering met betrekking tot die golflengte van die lig nie, en veroorsaak dus 'n groot verandering in die uitsetligintensiteit, dus is die sensitiwiteit van die veselinterferensietipe hidrofoon besonder hoog. Die tegniese werkverrigting wat deur die optiesevesel hidrofoon van die veselinterferometer behaal word, is soos volg: ontvangsspanningsensitiwiteit: - 140dB (0dB = 1V/μPa) Fasesensitiwiteit: 2. 56 × 10 - 8 rad / μPa .Frekwensierespons: 16Hz rigting (undulasie): 16Hz rigting: 10k omnidirectioneel (golwing ≤ 2. 5dB) Onder alle intensiteit tipe hidrofone, is die raster tipe hidrofoon 'n nuwe, bewese en effektiewe onderwater akoestiese detektor. 

Die uitset word uitgedruk as 'n direkte intensiteitsmodulasie van die invallende klankveld. Die belangrikste werkbeginsel daarvan is om die relatiewe verplasing van die twee roosters tussen die konstante ligbron en die ligontvanger onder die werking van die klankveld te veroorsaak, en die ontvangsintensiteit is 'n funksie van die relatiewe verplasing van die twee roosters, sodat die klankveld getransformeer kan word. Vir intensiteitsmodulasie. Die roosterhidrofoon self bestaan ​​hoofsaaklik uit twee aksiaal-belynde optiese golfleiers (of vesels) met 'n klein gaping en die openinge in die gaping wat die transmissie beheer verskaf die vereiste intensiteitsmodulasie. Die hidrofoon bied al die voordele van 'n direkte intensiteit modulasie toestel en is goedkoop. Die roostermetode kan 'n relatief hoë sensitiwiteit bereik, en die toestel is eenvoudig om te vervaardig, sonder enige gevorderde optiese tegnologie, en het 'n dinamiese omvang van tot 160 dB, en het die vermoë om 'n verplasing op te spoor wat veroorsaak word deur klank minder as 0,01 A. Daarbenewens is daar as gevolg van die buigsame keuse van roosterdigtheid, offset, optiese krag en meer buigsaamheid van die hidrofoonstruktuur, die bedryfsvermoë en hidrofoon-grootte buigsaamheid. frekwensie reeks. Vir optiese vesel hidrofone is skootgeraas wat veroorsaak word deur stroomskommelings op die fotodiode die hoofbron van geraas en word dikwels na verwys as die teoretiese geraaslimiet. Boonop het straalbelyning, verwysingsstraal-isolasie en bronvibrasie-isolasie 'n direkte impak op werkverrigting. Die grootste nadeel van optiese vesel hidrofone is die groot temperatuur effek.