Tipes en ontwerpe van onderwater akoestiese transducers(1)

Klankgolwe is die enigste draers wat mense bemeester het om inligting en energie oor lang afstande in die uitgestrekte see oor te dra. mense gebruik elektromagnetiese golwe om radars te ontwikkel. Net so gebruik mense klankgolwe as inligtingsdraers om te ontwikkel onderwater akoestiese transducer . Elektroniese toerusting vir posisionering, identifikasie en kommunikasie sonar. In die aangesig van die uitgestrekte oseaan is Sonar-skouers 'n belangrike missie: dit is om uit te reik na alle uithoeke van die uitgestrekte see, om die verskillende dinge te identifiseer, om mense die ware gesig van die onderwaterwêreld te vertel, om mense te help om die geheimenisse van die see te verken. Om onderwater kommunikasie navigasie te word, is hulle in die velde van akwakultuur, vissery, mariene hulpbronontwikkeling, mariene geologiese en geomorfologiese eksplorasie, militêre wapens, ens. Die rede waarom klankgolwe die beste onderwater inligtingsdraer word, is dat die klankgolwe in die watermedium die kleinste verswakkingskoëffisiënt het in vergelyking met ander fisiese velde soos elektromagnetiese golwe verkry, en kan voortplanting met lang afstande. Hierdie voordeel maak die sonar wat die onderwater waarneem vanaf die aanvanklike gebruik van ultrasoniese golwe. Die doelwit begin en gaan voort om te ontwikkel. Tans is die werkfrekwensiereeks van sonar uitgebrei na 'n wye reeks. Die aktiewe sonar is van tiene hertz tot etlike tiene megahertz. Die lae frekwensie van passiewe sonar is uitgebrei na die infraklankreeks. In so 'n wye frekwensieband, volgens regulasies. Die seinvorm prikkel 'n belangrike toestel wat klankgolwe genereer en sonder vervorming klankgolwe in die water waarneem en ontvang. Dit word 'n sonar-omskakelaar of 'n sonar-skikking genoem. Hierdie toestelle is die voorste toerusting van die sonarstelsel. Hulle is ook die 'venster' vir die sonarstelsel om met die watermedium te kommunikeer en inligting uit te ruil. Hulle is die sonarstelsel, so daar word duidelik na die sonar-omskakelaar of sonar-skikking verwys as die 'oë en ore' van die sonarstelsel. Met die voortdurende uitbreiding van die toepassingsveld van sonartegnologie het die verbetering van militêre konfrontasie en operasionele behoeftes nuwe beginsels, nuwe tegnologieë, en nuwe sonartoerusting het in 'n eindelose stroom ontstaan. Die ontwikkeling van nuwe sonartegnologie het die vinnige ontwikkeling van onderwater ultrasoniese transducer tegnologie. Dieselfde tegnologiese deurbrake op die gebied van omskakelaars en die ontwikkeling van nuwe materiale, nuwe meganismes en nuwe strukturele omvormers het ook die sonarstelsel 'n nuwe voorkoms gemaak. Hier is 'n kort oorsig van die ontwikkeling van transducer tegnologie, dit sluit die nuwe materiaal hidro-akoestiese transducer, nuwe struktuur en nuwe meganisme hidro-akoestiese transducer, nuwe hidrofoon, breëband transducer tegnologie, ens.

 Nuwe materiaal onderwater akoestiese transducer :

Die ADCP piëso-elektriese omskakelaars is 'n toestel wat energie-omskakeling in 'n sonarstelsel implementeer. daar is 'n spesiale materiaal met die vermoë om energie om te skakel. Hierdie materiaal word funksionele materiaal genoem. Die funksionele materiale wat gebruik word om die transducer te maak, sluit hoofsaaklik piëzo-elektriese materiale in (soos piëzo-elektriese kristalle, piëzo-elektriese keramiek, piëzo-elektriese polimere, ens.) en magnetostriktiewe materiale (soos nikkel, kobalt, nikkel-yster-legering, ferriet, seldsame aarde ferro-legering gebruik die magneto-effek en piëzo-effek, ens.), wedersydse omskakeling tussen elektriese veldenergie, magnetiese veldenergie en meganiese energie. Die deurbraak in die transducer-tegnologie word fundamenteel bepaal deur tegnologiese deurbrake in funksionele materiale. In onlangse jare het die tegniese prestasies in verskeie velde van funksionele materiale ook tot die ontwikkeling van transducer-tegnologie gelei. In 1963 het dr. Clark ontdek dat die seldsame aardmateriale van die lantaniedreeks ongelooflike magnetostriktiewe eienskappe het, maar dit is nie in praktiese gebruik geneem nie omdat die curiepunt laer as kamertemperatuur is. daar is gevind dat seldsame aardelemente en yster saamgestel uit binêre, ternêre of kwaternêre legerings ook supermagnetostriktiewe eienskappe by kamertemperatuur het. Die mees verteenwoordigende aardlegering is Terfenol (komponente Tb, Dy, Fe).

Dit het 'n nuwe funksionele materiaal geword wat sedert die 1980's baie aandag geniet het. ferro-elektriese enkelkristal bismut magnesiumsilikaat magnaat-loodtitanaat (PMN-PT) en loodbismut-sitraat-loodtitanaat (PZN-PT), is 'n nuwe tipe saamgestelde perovskietkristalmateriaal, wat ook 'n skielike styging is. 'n Nuwe klas funksionele materiale met belowende toepassings. Voor dit was nikkel algemeen gebruik in dieptesoeker-omskakelmateriale. In 1917 het die Franse wetenskaplike Lang Zhiwan kwartskristal gebruik om 'n sonar-omskakelaar te maak, wat 'n presedent gestel het vir die toepassing van piëzo-elektriese materiale op sonar in die 1940's, BaTiO met sterk piëzo-elektriese eienskappe. PZT piëzo-elektriese keramiek wat in die 1950's ontwikkel is, het gekompenseer vir Ba-TiO, keramiek met hul wye bedryfstemperatuurreeks en uitstekende elektromeganiese omskakelingsdoeltreffendheid. Die tekortkominge van die seldsame aardlegeringsmateriaal, wat eens die voorkeurmateriaal vir hidro-akoestiese omvormers was, is groter by lae temperature as by kamertemperatuur, soos Tb en Dy0 by 77 K. Die magnetostriktiewe spanning van die materiaal het 'n maksimum waarde van 0.65%, terwyl die Tefenol-D 'n magnetostriktiewe spanning van 0.225% het.

Oor ultrasoniese hidro-akoestiese transducer, Die seldsame aardlegeringsstaafmateriaal word in die koue lugkamer geplaas en word deur die koeltoring van die yskas gesirkuleer en afgekoel. Die koue gaskamer word deur die spoel van die supergeleidende materiaal van 'n GS-voorspanningsmagnetiese veld en 'n magnetiese opwekkingsveld voorsien, en die magnetostriktiewe staaf word opgewonde om die strekvibrasie te genereer en gaan deur die masjien. Die oorgang word na die suieruitstralende oppervlak oorgedra, en die suieruitstralende oppervlak druk die watermedium om drukgolfstraling te genereer. Die vakuumkamer is in die struktuur ontwerp, die doel is om die hittegeleiding te isoleer. Die buitewand van die vakuumkamer is 'n gevormde drukbestande deksel wat die druk van 10 atmosfeer kan weerstaan. Die belangrikste tegniese parameters is soos volg: resonansiefrekwensie 430Hz, maksimum klankbronvlak 181.4dB, doeltreffendheid is ongeveer 25%. Hierdie tipe transducer is ingewikkeld in sy vervaardigingsproses. In onlangse jare is mense steeds bereid om Terfenol-D-materiale te gebruik wat by kamertemperatuur werk, om sommige magnetostriktiewe stamme weg te gooi en dit met nuwe strukture te vervang om bestralingsprestasie te behaal. 

Die volgende is 'n kort inleiding tot die navorsingsvordering van verskeie strukturele magnetostriktiewe materiale vir onderwater akoestiese transducer s. Die longitudinale transducer het 'n eenvoudige struktuur, en die magnetostriktiewe staaf word gekombineer met die voorste bestralingskop en die stertmassa om 'n eendimensionele vibrasiestelsel te vorm. Die voorste bestralingskop is oor die algemeen 'n liggewig materiaal, en die stertmassa is oor die algemeen 'n digte materiaal om 'n stralingsoppervlak en groter vibrasieverplasing te verkry. Twee soorte longitudinale omvormers wat met Terfenol-D-materiale ontwikkel is, word bekendgestel. Een is 'n algemene longitudinale omskakelaar met 'n resonansiefrekwensie van 1200 Hz, 'n klankkrag van 3 kW en 'n omsettergewig van 60 kg. Die ander is die twee punte van die seldsame aardstaaf. Hulle is ontwerp as opgevlamde dubbel-end uitstralende longitudinale omvormers met 'n resonansiefrekwensie van 400 Hz, 'n klankkrag van 1,5 kW en 'n omvormergewig van 100 kg. Oor die sirkelvormige
Ultrasoniese dieptesensor-omskakelaar bestaan dit uit 'n aantal seldsame aardstawe wat 'n reeks deurgange omsluit deur 'n gereelde veelhoek, omring deur 'n reeks van veelhoeke. radiale vibrasie om hoë-krag akoestiese straling te verkry. Wat 'n reeks seldsame aarde lae frekwensie hoë krag toroïdale omvormers ontwikkel het, met 'n resonante frekwensie van 200 Hz (binne deursnee 0.56 m, buitenste deursnee 0.94 m, hoogte 0.37 m, klank bron vlak 193 dB, gewig) 410kg) en 'n transducer met 'n resonante deursnee vlak 1m 30 Hz, klank frekwensie van 1 m deursnee, 1 m hoogte, klank frekwensie. 195dB, gewig 5t).