Новыя распрацоўкі п'езакерамікі, якія выкарыстоўваюцца ў падводных гідраакустычных пераўтваральніках (2)

Каб палепшыць характарыстыкі выяўлення пасіўнага гідралакатара, даследчыкі распрацавалі вектарны гідрафон, які можа атрымліваць і выкарыстоўваць скалярныя параметры (гукавы ціск) і вектарныя параметры (хуткасць вібрацыі) у гукавым полі, цалкам выкарыстоўваючы інфармацыю ў гукавым полі. Вектарныя гідрафоны і адпаведныя тэхналогіі апрацоўкі сігналаў адносяцца да новых тэхналогій, якія зараз распрацоўваюцца на міжнародным узроўні. прымяненне вектарных гідрафонаў у сістэме SURTASS вырашае праблему размыцця левага і правага бакоў. Для сістэматычнага вывучэння адносіны, хуткасці супраціву і шуму патоку вектарнага гідрафона для выяўлення вектарнага гідрафона выкарыстоўваецца вектарны гідрафон. Распрацоўка вектарных гідрафонаў у асноўным дасягнула структурнай серыялізацыі і функцыянальнай карыснасці, якія могуць адпавядаць розным інжынерным патрабаванням. Шэраг падраздзяленняў пачалі даследаванні ў гэтай галіне. Пасля дзесяцігоддзя даследаванняў і ўкаранення тэхналогій яны таксама пачалі рухацца да практычнай стадыі інжынерыі. Што тычыцца канструктыўнай формы, гідрафон з градыентам гукавога ціску таксама называюць гідрафонам хуткасці вібрацыі, і яго можна падзяліць на гідрафон з падвойным гукавым ціскам, тып дыферэнцыяльнага ціску і гамагенізуючы сферычны тып. Гідрафон з падвойным гукам непасрэдна складаецца з двух гідрафонаў з градыентам гукавога ціску, а гідрафон з градыентам гукавога ціску з фіксаванай абалонкай мае нерухомы корпус і двайны ламінаваны п'езаэлектрычная паўсфера п'езакераміка замацоўваецца на вонкавым корпусе, і ціск фіксуецца. Электрычная пласціна падвяргаецца згінальнай вібрацыі пад дзеяннем градыенту гукавога ціску ў кірунку яе таўшчыні. Адчувальныя кампаненты размешчаны ў трох артаганальных кірунках і маюць аднолькавы фазавы цэнтр, які складае трохмерны вектарны гідрафон. Пасля таго, як гідрафон гукавога ціску і вектарны гідрафон структурна інтэграваны, усё становіцца сферычным, а плавучасць у марской вадзе роўная нулю. Складаны вектарны гідрафон з той жа вібрацыяй (далей вектарны гідрафон) пабудаваны, і выхадныя сігналы двух апрацоўваюцца. Вектарны гідрафон сумеснай вібрацыі не датыкаецца з вадой, а датчык рэагуе на агульную пульсацыю датчыка, што патрабуе свабоднай ўстаноўкі. Напрыклад, вектарны гідрафон з працоўным дыяпазонам частот ад 20 Гц да 6000 Гц і Mp = -180 дБ. Акрамя вібрацыйнага вектарнага гідрафона, існуе таксама тып дыферэнцыяльнага ціску. Вектарны гідрафон перападу ціску кантактуе з сярэдняй вадой і рэагуе не на агульны рух датчыка, а таксама на дыяпазон высокіх частот. Накіраванасць вектарнага гідрафона мае косінусную форму. Для дасягнення арыентацыі можна дасягнуць аднанакіраванай рэзкасці прамяня і электроннага павароту прамяня. Працоўная частата вектарнага гідрафона можа вагацца ад некалькіх сотняў герц да некалькіх дзесяткаў кілагерц. Пасля апрацоўкі сігналу паток гукавой энергіі можа здушыць шум на 10-20 дБ у параўнанні з энергіяй сігналу гукавога ціску. Аднавектарны гідрафон мае дакладнасць арыентацыі ±2° і можа быць да 1° пасля спецыяльнай апрацоўкі.

П'езаэлектрычны керамічны пераўтваральнік

Ужо ў 1978 годзе было прапанавана п'езакерамічная фаза і палімерная фаза злучанага канструкцыйнага матэрыялу. Гэты матэрыял мае асабліва высокі гідрастатычны п'езаэлектрычны каэфіцыент у параўнанні з п'езаэлектрычнай керамікай і значна большы, чым п'езаэлектрычная кераміка PZT, што робіць яго ідэальным для глыбакаводных прымянення. Яго характэрны супраціў невялікі, яго лёгка супаставіць з вадой, паласой частот, і яго характарыстыкі таксама можна рэгуляваць, змяняючы долю п'езакерамікі. Да гэтага часу распрацаваны дзесяткі кампазітных п'езаэлектрычных матэрыялаў. Сярод іх двухфазныя кампазітныя матэрыялы 222, 123 і 023, 321 звычайна лічацца найбольш перспектыўнымі ў будучыні для пераўтварэння гідралакатара. Кампазітны матэрыял 023, які зроблены з керамічнага парашка і гумы, называецца п'езаэлектрычнай гумай. Ён валодае мяккасцю і гнуткасцю гумы, што ў 20 разоў больш, чым звычайная п'езаэлектрычная кераміка, што эквівалентна PVDF. Гэтыя перавагі робяць яго прыдатным для паверхневых гідрафонаў. П'езаэлектрычную гуму лёгка зрабіць таўшчынёй у некалькі міліметраў, што з'яўляецца яе перавагай перад PVDF. Таксама праводзіліся даследаванні нанаструктураваных кампазітных п'езаэлектрычных матэрыялаў. Гэта працэс, у якім п'езаэлектрычная кераміка апрацоўваецца, а затым уліваецца ў кампазітныя п'езаэлектрычныя матэрыялы. Іншы метад - перапрацоўка п'езаэлектрычнай керамікі ў парашкі. Затым яго спекаюць і фармуюць з іншымі матэрыяламі. Гэтая прадметная вобласць у цяперашні час вывучаецца. Кампанія Materials Systems паспяхова распрацавала буйнамаштабны кампазітны гідрафонны модуль са стандартным памерам 250 × 250 мм. Таксама распрацавана мадэль 123 п'езаэлектрычны кампазітны масіў пераўтваральнікаў для выкарыстання ў новай калекцыі лёгкіх электрычных тарпед і вакальных базах. Ён таксама распрацаваў 123-злучаную п'езакерамічную калонку і эпаксідны кампазітны павярхоўны элемент гідрафоннага модуля, памерам 100 × 180 мм, які ўяўляе сабой 18-элементны лінейны масіў з шырокай гранню з даўжынёй матрыцы 1,9 м і шырынёй 200 мм пры 60 кГц. Наступная шырокапалосная адчувальнасць вышэй за -190 дБ, а ваганні менш за 2 дБ. І тэорыя, і эксперымент даказваюць, што кампазітны матэрыял можа павялічыць рэакцыю на выпраменьванне і адчувальнасць прыёму на 3~5 дБ з-за эфекту перазарадкі палімернага матэрыялу. Пасля дадання цвёрдай вокладкі эфект больш відавочны і можа быць палепшаны на 10 дБ.

Для паляпшэння здольнасці супрацькарабельнай паверхні бартавой рашоткі гідралакатара супраць турбулентнага шуму выкарыстоўвацца гідрафон вялікай плошчы ў адпаведнасці з характарыстыкамі радыусу, звязанага з шумам. П'езаэлектрычная плёнка PVDF - ідэальны п'езаэлектрычны матэрыял для вырабу гідрафонаў вялікай плошчы. Ён лёгкі па тэкстуры, гнуткі, і яму лёгка зрабіць выгнутую форму. Гідрафон вялікай плошчы быў выраблены з плёнкай PVDF плошчай 200 × 300 × 0,2 мм і адчувальнасцю каля -200 дБ у дыяпазоне частот ад некалькіх сотняў герц да 4 кГц. У дадатак да п'езаэлектрычных плёнак PVDF у 1990-я га�

З 1997 па 2000 год Інстытут керамікі і Сіаньскі ўніверсітэт Цзяотун паслядоўна распрацоўвалі своеасаблівы монакрышталічны электрычны матэрыял з электрычным напругай жалеза, які называўся PMN2PT і PZN2PT. Гэты матэрыял мае большае паляпшэнне ў шчыльнасці назапашвання энергіі, электрамеханічным каэфіцыенце сувязі, дыэлектрычнай пранікальнасці і таму падобным, чым звычайная п'езаэлектрычная кераміка, і мае рэшткавую палярызацыю, і не патрабуе зрушэння пастаяннага току. Прыводзяцца характарыстыкі ПМН2ПТ. Такія часопісы, як SCIENCE і NATURE, ацанілі гэта як рэдкае і захапляльнае дасягненне за дзесяцігоддзе пасля з'яўлення п'езаэлектрычнай керамікі ў 1950-х гадах. Аднак усё яшчэ ёсць недахопы, такія як нізкая механічная трываласць на разрыў і розныя складанасці з тэмпературай, частатой і электрычным полем, а таксама занадта высокі кошт. Ён зроблены ў выглядзе сагнутага нізкачашчыннага пераўтваральніка высокай магутнасці тыпу IV, які на 5 дБ вышэй, чым у пераўтваральніка з такой жа структурай, зробленай з матэрыялу PZT28. Частка сегнетоэлектрычнага цела PMN2X мае патрэбу ў палярызаваным пастаянным токам электрычным полі, якое будзе выкарыстоўвацца ў якасці выпраменьвальнага матэрыялу высокай магутнасці.