لقد اجتذبت تكنولوجيا محولات الطاقة الصوتية الكثير من الاهتمام من الصناعة الصوتية تحت الماء

ال يتكون محول الطاقة المتجه تحت الماء من مستشعر ضغط الصوت التقليدي غير الاتجاهي ومستشعر سرعة الاهتزاز النقطي الموجه ثنائي القطب. يمكنه قياس ضغط الصوت في وقت واحد عند نقطة في مجال الصوت والعديد من المكونات المتعامدة لسرعة اهتزاز الجسيمات. قدمت معلومات السعة والطور أفكارًا جديدة لحل بعض المشكلات الصوتية تحت الماء. نظرًا لقيمتها التطبيقية الهندسية الفعلية والمحتملة، فقد جذبت تقنية استشعار المتجهات الصوتية المتعلقة بهذا الكثير من الاهتمام من مجتمع الصوتيات تحت الماء في السنوات العشر الماضية. تحاول هذه المقالة تلخيص تاريخ التطوير والوضع الراهن وبعض التقدم البحثي لتقنية مستشعر المتجهات الصوتية في الأساس المادي وتصميم وإنتاج مستشعر الموجات فوق الصوتية والتطبيقات الهندسية ذات الصلة في الخمسين عامًا الماضية.

كنوع جديد من معدات القياس الصوتي تحت الماء، فإن لا يستطيع محول الطاقة المتجه الصوتي قياس الكمية الفيزيائية العددية الأكثر شيوعًا في ضغط الصوت في مجال الصوت فحسب، بل يمكنه أيضًا قياس ناقل سرعة اهتزاز الجسيمات المتوسطة السائلة بشكل مباشر ومتزامن في نظام الإحداثيات الديكارتية في نفس النقطة في مجال الصوت. ما يلي x،،،: مكون الإسقاط المحوري، يستخدم بشكل عام على شكل مكون ثلاثي ومكون ثنائي. من حيث الهيكل، فهو يتكون من مستشعر ضغط الصوت التقليدي غير الاتجاهي ومحول سرعة الجسيمات ثنائي القطب. يعد محول سرعة الجسيمات هو المكون الأساسي، كما أن حساسيته واستقراره في العمل يحدان من ناقل الصوت. تصميم وإنتاج وتجهيز وتجميع ومعايرة واستخدام أجهزة الاستشعار والعديد من الروابط الأخرى.

على الرغم من أن هذه الورقة تشير إلى هذا النوع من أجهزة الاستشعار كمحول طاقة ناقل صوتي، إلا أن لها أسماء مختلفة في الداخل والخارج. على سبيل المثال، تشير روسيا إلى محول سرعة اهتزاز الجسيمات باعتباره مستقبلًا متجهًا، ويطلق على مستشعر المتجهات الصوتية اسم المستقبل المركب (conlbinederceiver)؛ في الولايات المتحدة، يُطلق على محول طاقة ناقل الصوت أيضًا اسم مستشعر سرعة ضغط الصوت (مستشعر سرعة الضغط المسبق)، ويطلق على البعض اسم مسبار شدة الصوت. يمكن أن تشمل مجالات التطبيق الرئيسية لتكنولوجيا مستشعر المتجهات الصوتية سونار التحذير الصوتي تحت الماء، وسونار مصفوفة الخطوط المقطوعة، ومصفوفة السونار المتوافقة مع مصفوفة الجناح، وصمام صوت الألغام، وسونار كشف الطوربيد، والسونار المتعدد الساكنة، وتحديد المواقع الملاحية وتوزيع شبكة مستشعرات المركبات تحت الماء، وما إلى ذلك. في الصوتيات الجوية، يمكن استخدام محول طاقة المتجهات الصوتية للكشف عن تنبيهات ساحة المعركة للمروحيات والطائرات الشبح، وتحديد مصدر الضوضاء وكثافة الصوت، وقياس قوة الصوت، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، هناك ناقلات كهرومغناطيسية محول الطاقة، الذي يشبه شكل معالجة الإشارات الخاص به الصوت تحت الماء.

تعد تكنولوجيا محولات الطاقة الصوتية أحد المجالات البحثية التي اجتذبت الكثير من الاهتمام من صناعة قياس الصوتيات تحت الماء في السنوات العشر الماضية. بدءًا من الأبحاث الكلاسيكية التي نشرها باحثون أمريكيون في منتصف الخمسينيات من القرن العشرين حول استخدام أجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي لقياس سرعة اهتزاز الجسيمات في الماء بشكل مباشر، وحتى التطوير الناجح لأجهزة استشعار المتجهات الصوتية من قبل العلماء في الاتحاد السوفيتي السابق في السبعينيات والثمانينيات. (الماء المائي المركب) تم إجراء الأبحاث حول الضوضاء البيئية البحرية، ولم تظهر الطفرة البحثية في تكنولوجيا استشعار المتجهات الصوتية تدريجيًا إلا في التسعينيات.

في عام 1991، نشر الباحثون الروس أول دراسة في العالم عن تقنية مستشعر المتجهات الصوتية 'طريقة الطور المتجه الصوتي، والتي ناقشت بشكل شامل مبادئ وتطبيقات تقنية مستشعر المتجهات الصوتية. المجلة الأمريكية للصوتيات، المجلد 89، العدد 3، 1991 والعدد الثاني من المجلد 90، نشر ثلاث أوراق بحثية عن أبحاث مستشعرات المتجهات الصوتية بواسطة علماء من الولايات المتحدة وروسيا. لم يحدث هذا الوضع من قبل. وقد زادت آفاق التطبيق العسكري المحتملة لهذه التكنولوجيا دفعت وكالة الأبحاث البحرية الأمريكية (ONR) في عام 1995، إلى رعاية الجمعية الصوتية الأمريكية لعقد ندوة حول محول الطاقة الصوتية، ونشرت مجموعة من المقالات بعنوان 'أجهزة استشعار سرعة اهتزاز الجسيمات الصوتية: التصميم والأداء والتطبيق'، والتي تعكس بشكل أساسي عمل العلماء الأمريكيين الحاليين في هذا المجال، ولكنها لا تزال حتى الآن واحدة من أكثر المواد المرجعية قيمة في هذا المجال، كما أنها عززت البحث بشكل كبير. في هذا المجال، في عام 1997، نشر عالم روسي دراسة 'جهاز الاستقبال الصوتي المركب تحت الماء' s1. وهو نظام، يناقش على وجه التحديد تصميم وإنتاج ومعايرة محول الطاقة الناقل الصوتي.

في عام 2001، عقد مركز الحرب البحرية الأمريكية تحت الماء (NUWC) ندوة حول محول الطاقة الصوتي الاتجاهي ودعا العلماء الروس للمشاركة لأول مرة. في عام 2002، أنشأت OCEANS التابعة لـ IEEE شبكة خاصة من 'أجهزة استشعار سرعة اهتزاز الجسيمات الصوتية'، والتي تغطي تصميم وإنتاج وتجربة الترددات المنخفضة والعالية محول طاقة ناقل الصوت ، وأداء المعلومات المشتركة لضغط الصوت وسرعة اهتزاز جسيمات الصوت في مطابقة المعالجة الميدانية، وما إلى ذلك. كل هذه تعكس أحدث حالة بحثية. طوّر 'Ocean Vector Acoustics' الذي نُشر في عام 2003 بحثًا حول خصائص المجال العددي لضغط الصوت للضوضاء البيئية البحرية، واقترح مجموعة كاملة من الأساليب المعتمدة على محول الطاقة الصوتية مثل التجارب البحرية ومعالجة البيانات والتحليل النظري. على الرغم من أن أفكار تصميم محولات الطاقة الصوتية الحديثة المستندة إلى أجهزة استشعار بالقصور الذاتي ونماذج أولية لعينات الإنتاج ظهرت لأول مرة في الولايات المتحدة، إلا أنه في إطار المبادرة النشطة والترويج لـRzhevikn وزاخاروف، يتعين على روسيا إحراز تقدم في البحث الأساسي وأبحاث التطبيق لتكنولوجيا استشعار المتجهات الصوتية. إنها أبعد، وتم تصنيفها كواحدة من أفضل عشر تقنيات صوتية تحت الماء في روسيا في القرن العشرين.

يمكن إرجاع العمل المنزلي ذي الصلة إلى العمل البحثي على الهيدروفونات المتدرجة لضغط الصوت وقياس شدة الصوت المزدوج في أوائل التسعينيات. لكن البحث الأكثر تعمقًا بدأ بعد عام 1998. كانت تجربة بحيرة سونغهوا في عام 1998 وتجربة بحر داليان في عام 2000 أول تجربتين ميدانيتين على تكنولوجيا محولات الطاقة الصوتية في الصين، تليها تجربة الخزان في عام 2002 وبحر الصين الشرقي في عام 2003. ويتشرف المؤلف بالمشاركة في هذه التجارب والأعمال البحثية ذات الصلة.