Tegnologiese innovasie in die ontwikkeling van akoestiese onderwater-omskakelaars(1)

Tegnologiese innovasie in die ontwikkeling van akoestiese onderwater-omskakelaars

 

 

70,8% van die aarde se oppervlak is die see. Die uitgestrekte oseaan is die grootste skathuis van hulpbronne op aarde, en die see is ook 'n belangrike posisie vir internasionale militêre stryd. Die navorsing, ontwikkeling en benutting van die oseaan is onafskeidbaar van klankgolwe. Klankgolwe is die enigste inligtingsdraer wat lang afstande in die see kan reis. Die verkenning en ontwikkeling van mariene hulpbronne, onderwater kommunikasie-omskakelaar en navigasie van skepe, onderwater teiken opsporing en herkenning, omgewingsmonitering, en natuurlike ramp voorspelling en so meer staatmaak almal op onderwater akoestiese tegnologie om te bereik. Die ontwikkeling van akoestiese onderwatertegnologie vereis die ondersteuning van alle soorte akoestiese onderwateromskakelaars. Die missie van akoestiese onderwater-omskakelaars is om klankgolwe onder water uit te stuur en te ontvang, so dit word 'oë en ore van akoestiese onderwatertoerusting' genoem, wat gesê kan word dat dit onderwater-akoestiese omskakelaars is. Die geboorte van 'H' is die begin van die ontwikkeling van hidro-akoestiese tegnologie. Die tegniese vooruitgang van hidro-akoestiese omskakelaars is 'n belangrike voorvereiste en grondslag vir die vinnige ontwikkeling van hidro-akoestiese tegnologie(1)

 

Die onderwater akoestiese transducer is nie 'n eenvoudige geïsoleerde onderwerp nie, maar 'n multi-dissiplinêre tegniese veld. Die nou verwante vakke sluit hoofsaaklik in: fisika, materiaalkunde, wiskunde, meganika, elektronika, chemie, meganiese wetenskap, ens., so onderwater akoestiek Alhoewel die transducer slegs 'n geskiedenis van meer as 'n honderd jaar van ontwikkeling het, het dit nou 'n lewendige vakgebied geword. Die dringende behoefte uit die veld van hidro-akoestiese tegnologie is die direkte dryfkrag vir die ontwikkeling van hidro-akoestiese omskakelaars, en die ontwikkeling van funksionele materiale en tegnologiese vooruitgang is die belangrikste materiaalbasis vir die ontwikkeling van hidro-akoestiese omskakelaars. Dwarsdeur die ontwikkelingsgeskiedenis van hidro-akoestiese omskakelaars, om die steeds toenemende tegniese vereistes op die gebied van hidro-akoestika tot die grootste mate te voldoen, word die ooreenstemmende funksionele materiale voortdurend opgedateer. Mense het spesiale toepassingsnavorsing gedoen rondom die eienskappe van verskeie funksionele materiale en nuwe tegnologieë ontwerp en nuwe strukture is voorgestel, wat die omvattende tegniese werkverrigting van die transducer verbeter en verbeter het, wat 'n eindelose stroom innoverende navorsingsresultate op die transducer moontlik gemaak het. Die skrywer kies 'n paar tipiese navorsingsvoorbeelde van bekendstellingstransduktors, ontleed en som die innoverende idees van hierdie navorsingswerk op vanuit verskeie verskillende hoeke, en hoop om jong vakkundiges van sekere leiding en verligting te voorsien, en aktief die diepgaande aspekte van klassieke navorsingswerk te verken.

 

1. Tegniese innovasie van onderwater akoestiese transducer gebaseer op funksionele materiale

 

In 1915 het Paul Langevin van Frankryk en ander 'n kapasitor-sender en 'n koolstofdeeltjie-ontvanger gebruik om akoestiese onderwater-eksperimente uit te voer. Hierdie twee uitsaai- en ontvangtoestelle moet primitiewe akoestiese onderwater-omskakelaars wees; 1917 ～ 1918 Langevin Zhiwan het die kwarts-omskakelaar ontwerp en verbeter. Sy vibrator is saamgestel uit verskeie piëzo-elektriese kwartsplate wat tussen twee dik staalplate ingedruk is. Hierdie struktuur word Langzhiwan-omskakelaar genoem. Aangesien natuurlike kwarts nie aan die steeds toenemende vraag kan voldoen nie, is gevind dat die wateroplosbare sintetiese piëso-elektriese kristal Rochelle-sout 'n sterker piëso-elektriese effek as kwarts het, maar die stabiliteitsprobleem daarvan beperk die omvang van toepassing, en die piëzo-elektrisiteit is effens minderwaardig. Ammoniumdiwaterstoffosfaat (ADP) kristalle, as gevolg van hul relatief stabiele eienskappe, is wyd gebruik in die Tweede Wêreldoorlog. In 1920 is die magnetostriktiewe effek in onderwater akoestiese omskakelaars toegepas; in 1925 is nikkel magnetostriktiewe omskakelaars ontwerp en toegepas; in 1931 het die diepgaande studie van dun nikkelplate gelei tot die vinnige ontwikkeling van magnetostriktiewe transduktors. En geleidelik vervang piëzo-elektriese kristal transducers; in 1944 is ontdek dat bariumtitanaat-keramiek sterk piëso-elektrisiteit het na polarisasie, en die verlies daarvan is baie kleiner as dié van magnetostriktiewe materiale. Later, barium titanate piëso-elektriese keramiek transducers Dit het vinnig ontwikkel; die gepolariseerde loodsirkonaattitanaatkeramiek (PZT) wat in 1954 ontdek is, het sterker piëso-elektrisiteit. Tot vandag toe is PZT piëzo-elektriese keramiek steeds die belangrikste funksionele materiale van akoestiese onderwater-omskakelaars.

 

In die 1970's het Dr. Clark AE in die Verenigde State die seldsame aarde reuse magnetostriktiewe drieledige legering Terfenol-D ontwikkel. Sedert die 1990's is die ontspanningsferro-elektriese enkelkristalmateriale PZN-PT en PMN met hoëspanning elektriese eienskappe en hoë energiedigtheid -PT een na die ander ontdek, en nuwe deurbrake is gemaak in die toepassingsnavorsing van hierdie drie materiale. Hierdie afdeling sal fokus op die navorsingsresultate van hierdie nuwe funksionele materiaal-omskakelaars.

 

⒈ 'n Nuwe generasie magnetostriktiewe materiale en hul transduktors

Die nuwe generasie magnetostriktiewe materiale sluit seldsame aardlegeringsmateriale en seldsame metaallegeringsmateriale in. Die reuse-magnetostriktiewe effek van seldsame aardlegeringsmateriale is die eerste keer onder lae temperatuurtoestande ontdek. Die hoogste magnetostriktiewe spanning van die Tb0.6Dy0.4-materiaal by 77K is 0,65%, en die hoogste magnetostriktiewe spanning van Terfenol-D by kamertemperatuur is 0,25%. Daar is dokumente wat toon dat 'n magnetostriktiewe dubbelsuier longitudinale transducer wat deur 'n supergeleidende spoel aangedryf word, ontwikkel is. Die seldsame-aarde (terbium-dysprosium) legering magnetostriktiewe staaf word in 'n lugversorgingskamer (temperatuur 50-60K) geplaas, en die koeltoring word deur die koeltoring van die yskas gesirkuleer en afgekoel. In die kamer verskaf 'n supergeleidende materiaalspoel 'n GS-voorspanningsmagnetiese veld en 'n opwekkingsmagnetiese veld om die magnetostriktiewe staaf op te wek om strekvibrasie te genereer en dit deur die meganiese oorgangsstuk na die suiertipe uitstralende oppervlak oor te dra. Die suiertipe uitstralende oppervlak druk die watermedium om drukgolwe vir bestraling op te wek. 'n Vakuumkamer is in die struktuur ontwerp om hittegeleiding te isoleer. Die buitewand van die vakuumkamer is 'n koepelvormige drukbestande deksel wat 'n druk van 10 atmosfeer kan weerstaan. Die belangrikste tegniese parameters is soos volg: die resonansiefrekwensie is 430Hz, die maksimum klankbronvlak is 181.4dB, en die doeltreffendheid is ongeveer 25%. Hierdie onderwater hidrofoon-omskakelaar bemoeilik die vervaardigingsproses om lae-temperatuur werksomstandighede te verkry. In onlangse jare is mense bereid om die Terfenol-D-materiaal te gebruik wat by kamertemperatuur werk om die vervaardigingsproses te vereenvoudig, terwyl hulle uitstekende bestralingsprestasie met 'n nuwe struktuur behaal.

 

Dit is die Terfenol-D-aangedrewe agthoekige sender-omskakelaar voltooi deur Butler gelykstaande aan 1980. 16 seldsame aardstawe is in twee lae gerangskik, en 8 seldsame aardstawe in elke laag is in 'n agthoek verbind deur 'n wigvormige oorgangsblok en vorm 'n geslote Magnetiese stroombaan, die oorgangsblok van die uitstralende deel van a4 is verbind met die uitstralende deel van die silinder (°) en die seldsame aardstaaf word voorgespan deur hoësterkte spanningsdrade tussen die oorgangsblokke. Die interne voorspanning van die seldsame aardstaaf is ongeveer 13.8MPa, en die resonante frekwensie van die omskakelaar in water By 775Hz is die nie-lineêre aandrywing onder die DC voorspanning magnetiese veld toestand en die onbevooroordeelde veld toestand vergelyk, en die klankbron vlak 189.8dB onder die DC voorspanning magnetiese veld toestand en 196 gerealiseer nie-aanlyn magnetiese veld dryf toestand en 196 gerealiseer nie-aanlyn 2dB toestand. onderskeidelik.