Новыя распрацоўкі п'езакерамікі выкарыстоўваюцца ў падводных гідраакустычных пераўтваральніках

Датчык з'яўляецца важнай часткай гідралакатара. З пункту гледжання гісторыі гідраакустыкі, кожны крок развіцця падводнай акустыкі неаддзельны ад развіцця тэхналогіі пераўтваральнікаў. Паколькі гідраакустычныя пераўтваральнікі гуляюць ключавую ролю ў падводнай акустычнай тэхніцы, многія развітыя краіны ўклалі велізарныя сродкі ў даследаванні. З гісторыі развіцця падводнага акустычнага абсталявання, з пачатку Першай сусветнай вайны, пераўтваральнік тыпу Ланжевена, які складаецца з п'езаэлектрычная кераміка, крышталі і металічныя масы. выкарыстоўвалася Пасля шматлікіх замен прадукту былі выкарыстаны пераўтваральнікі. Прадукцыйнасць была значна палепшана. У апошнія два-тры дзесяцігоддзі з-за ваеннага попыту, хуткага развіцця навукі і тэхнікі, бесперапыннай распрацоўкі і прымянення новых матэрыялаў для пераўтваральнікаў і прымянення канчатковага аналізу п'езаэлементаў у канструкцыі пераўтваральнікаў, даследаванні пераўтваральнікаў. На аснове класічнай тэорыі і аналітычных метадаў з'явілася шмат новых канцэпцый і метадаў. Падводны акустычны пераўтваральнік чакае новы этап замены прадукту. Гіганцкі магнітастрыкцыйны разбаўлены пераўтваральнік, высокаэфектыўны электрастрыкцыйны п'езакерамічны пераўтваральнік, вектарны гідрафон, п'езаэлектрычны кампазітны пераўтваральнік, нізкачашчынны гідрафон з PVDF вялікай плошчы, валаконна-аптычны гідрафон і г. д. Ён прадстаўляе апошнія распрацоўкі ў галіне даследаванняў пераўтваральнікаў. З гэтага пункту гледжання, гэты артыкул з нецярпеннем чакае апошніх распрацовак падводных гідраакустычных пераўтваральнікаў.

гіганцкі магнітастрыкцыйны пераўтваральнік

У 1970-х гадах А. Э. Кларк выявіў, што рэдказямельныя сплавы валодаюць супермагнітастрыкцыйнымі ўласцівасцямі. Гэтыя максімальныя дэфармацыі, выкліканыя магнітастрыкцыйнымі эфектамі, у 6-20 разоў большыя, чым у пераўтваральнік з п'езаэлектрычнай трубкай, які выкарыстоўваецца ў падводных акустычных пераўтваральніках, і шчыльнасць энергіі складае прыкладна ад 10 да 20 разоў, а хуткасць гуку складае ўсяго ад 2/3 да 3/4 ад п'езаэлектрычнай керамікі, і даецца параўнанне прадукцыйнасці паміж рэдказямельным матэрыялам Terfenol2D і звычайным п'езаэлектрычным матэрыялам PZT-8 і нікелем. Такім чынам, пры аднолькавых умовах аб'ёму гідраакустычны пераўтваральнік Terfenol2D мае рэзанансную частату, якая на 2/3-3/4 ніжэй, чым рэзанансная частата п'езаэлектрычнага керамічнага гідраакустычнага пераўтваральніка. Паколькі пераўтваральнік, зроблены з рэдказямельнага гіганцкага магнітастрыкцыйнага матэрыялу Terfenol2D, мае характарыстыкі вялікай магутнасці перадачы, малога аб'ёму, лёгкай вагі і высокай тэмпературы навакольнага асяроддзя, ён атрыманы пры распрацоўцы нізкачашчыннага і вельмі нізкачашчыннага высокамагутнага падводнага акустычнага пераўтваральніка. Адэкватная ўвага і прымяненне. У 1980-я гады развітыя краіны распрацавалі розныя рэдказямельныя пераўтваральнікі і прымянілі іх у ваеннай сферы. Швецыя паспяхова распрацавала выгнутыя рэдказямельныя пераўтваральнікі з гукавой магутнасцю 151 кВт для тралення мін. Кітай пачаў даследаванні ў 1990-х гадах, але дасягнуў хуткага прагрэсу. Яны паспяхова распрацавалі рэдказямельныя пераўтваральнікі пры выгібе, рэдказямельныя інкруставаныя пераўтваральнікі і падоўжныя кампазітныя стрыжневыя рэдказямельныя пераўтваральнікі і г. д. Асноўныя характарыстыкі матэрыялаў Terfenol2D - гэта (1) далікатныя матэрыялы і цяжкая механічная апрацоўка. (2) Паколькі рэдказямельныя матэрыялы з'яўляюцца не толькі магнітаправодным матэрыялам, але і электраправодным матэрыялам, калі знешняе магнітнае поле змяняецца, рэдказямельны пераўтваральнік. Страты на віхравы ток будуць стварацца ўнутры, і страты будуць вялікімі на высокіх частотах. У параўнанні з п'езаэлектрычнымі керамічнымі пераўтваральнікамі гіганцкія магнітастрыкцыйныя пераўтваральнікі павінны вырашаць такія праблемы, як магнітнае зрушэнне, папярэдняе напружанне, страты на віхравыя токі і кампенсацыя глыбокай вады. У цяперашні час ёсць некаторыя рашэнні гэтых недахопаў. З мэтай вырашэння праблемы далікатнага матэрыялу і вялікіх страт на віхравыя токі вывучаецца гіганцкі магнітастрыкцыйны матэрыял GMPC, парашкападобны тэрфенол 2D, змешаныя злучныя матэрыялы, прэсаваныя і сфармаваныя з дапамогай парашковай металургіі. Для распрацоўкі гіганцкіх магнітастрыкцыйных пераўтваральнікаў выгадным рашэннем з'яўляецца поўнае выкарыстанне вялікай дэфармацыі і высокай шчыльнасці энергіі ў якасці крыніцы ўзбуджэння пераўтваральніка выгібу. Ён можа быць выкарыстаны для розных пераўтварэнняў нізкай частоты, малога аб'ёму і высокай магутнасці. Правільны выбар магнітнага зрушэння, папярэдняга напружання і метадаў нанясення рэдказямельных гіганцкіх магнітастрыкцыйных матэрыялаў аказваюць вялікі ўплыў на характарыстыкі пераўтваральніка. Як правіла, магнітнае зрушэнне выбіраецца на ўзроўні 1/3 значэння магнітастрыкцыйнага насычэння, а папярэдняе напружанне выбіраецца ад 7 МПа да 10 МПа, каб атрымаць вялікую выхадную магутнасць.

Валаконна-аптычны гідрафон

Тэхналогія валаконна-аптычных гідрафонаў пачалася ў ваенна-марской лабараторыі ЗША ў канцы 1970-х гадоў. Валаконна-аптычны гідрафон мае такія перавагі, як высокая адчувальнасць, магутная здольнасць супраць электрамагнітных перашкод, шырокі дынамічны дыяпазон, невялікі памер і малая вага П'езаэлектрычная паўсфера Pzt4 . Такім чынам, тэхналогія была высока ацэненая, як толькі яна з'явілася на свет, і разглядалася як адна з ключавых тэхналогій нацыянальнай абароны. Пасля больш чым 20 гадоў развіцця тэхналогія валаконна-аптычных гідрафонаў дасягнула вялікага прагрэсу ў развітых краінах, і былі прадстаўлены розныя валаконна-аптычныя гідрафоны. Яны скончылі цалкам валаконную гідрафонную сістэму маніторынгу гуку падводнай лодкі, масіў буксіруемых ліній, канформны масіў падводнай лодкі і гэтак далей. У прыватнасці, паспяховае развіццё цвёрдацельных лазераў адкрыла велізарны свет прымянення для аптычных валокнаў. Тэхналогія валаконна-аптычнага гідрафона таксама мае добры пачатак. Прадукцыйнасць прататыпа ўстаноўкі была блізкая да міжнароднага ўзроўню або дасягнула яго, і былі праведзены даследаванні тэхналогіі валаконна-аптычнай рашоткі гідрафонаў. Пранікненне гідраакустычных даследаванняў у лазерную тэхналогію, несумненна, адкрые новую старонку ў гідраакустычных даследаваннях. Усе віды валаконна-аптычных гідрафонаў распрацаваны ў залежнасці ад уздзеяння гукавой хвалі для фазавай мадуляцыі або мадуляцыі інтэнсіўнасці валаконнага святла. Валакно дзеліцца на шматмодавае валакно і аднамодавае валакно. Валаконна-аптычны гідрафон у асноўным зроблены з одномодового валакна. Тып інтэрферометра і тып мадуляцыі інтэнсіўнасці святла. Пад дзеяннем гукавога ціску ў стрыжні аптычнага валакна ўзнікае напружанне, якое выклікае змены паказчыка праламлення і даўжыні. Гэтыя дзве змены выклікаюць фазавую мадуляцыю лазера, які распаўсюджваецца ў аптычным валакне. Валаконна-аптычны гідрафон тыпу інтэрферометра павінен выкарыстоўваць валакно, на якое ўздзейнічае гукавое поле, у якасці адчувальнага валакна, а другое аддзяляецца ад гукавога поля. У якасці эталоннага валакна, якое размяшчаецца на плячах інтэрферометра, і фотаэлектрычнага пераўтваральніка выкарыстоўваецца валакно з фіксаванай розніцай фаз. Пасля сінтэзу на паверхні атрыманага фотаўмножальніка ўтворыцца інтэрферэнцыя і выяўляецца акустычная інфармацыя. Паколькі даўжыня хвалі святла вельмі малая, невялікая дэфармацыя сігналу, выкліканая гукавым ціскам, не з'яўляецца невялікім змяненнем у адносінах да даўжыні хвалі святла і, такім чынам, выклікае вялікую змену ў інтэнсіўнасці выхаднога святла, таму адчувальнасць гідрафона валаконнага тыпу з перашкодамі асабліва высокая. Тэхнічныя характарыстыкі, дасягнутыя валаконна-аптычным гідрафонам валаконнага інтэрферометра, наступныя: адчувальнасць прыёмнага напружання: - 140 дБ (0 дБ = 1 В/мкПа) адчувальнасць да фазы: 2,56 × 10 - 8 рад / мкПа. Частотная характарыстыка: 16 Гц ~ 10 кГц (хвалістасць ≤ 3 дБ) накіраванасць: усенакіраваны (хвалістасць ≤ 2,5 дБ) Сярод усіх гідрафонаў інтэнсіўнага тыпу гідрафон рашоткавага тыпу з'яўляецца новым, правераным і эфектыўным падводным акустычным дэтэктарам. 

Выхад выяўляецца як прамая мадуляцыя інтэнсіўнасці падаючага гукавога поля. Яго асноўны прынцып працы заключаецца ў тым, каб выклікаць адноснае зрушэнне дзвюх рашотак паміж пастаяннай крыніцай святла і прыёмнікам святла пад дзеяннем гукавога поля, а інтэнсіўнасць прыёму з'яўляецца функцыяй адноснага зрушэння дзвюх рашотак, так што гукавое поле можа трансфармавацца. Для мадуляцыі інтэнсіўнасці. Сам рашоткавы гідрафон складаецца па сутнасці з двух выраўнаваных па восі аптычных хваляводаў (або валокнаў) з невялікім зазорам, а адтуліны ў зазоры, якія кантралююць каэфіцыент прапускання, забяспечваюць неабходную мадуляцыю інтэнсіўнасці. Гідрафон забяспечвае ўсе перавагі прылады прамой мадуляцыі інтэнсіўнасці і недарагі. Метад рашоткі можа дасягнуць адносна высокай адчувальнасці, а прылада простая ў вырабе, без якой-небудзь перадавой аптычнай тэхналогіі, мае дынамічны дыяпазон да 160 дБ і мае магчымасць выяўляць зрушэнне, выкліканае гукам менш за 0,01 А. Акрамя таго, дзякуючы гібкаму выбару шчыльнасці рашоткі, зрушэння, аптычнай магутнасці і структуры гідрафона, існуе большая гнуткасць у распрацоўцы адчувальнасці, дынамікі дыяпазон, памер і дыяпазон працоўных частот. Для валаконна-аптычных гідрафонаў дробавы шум, выкліканы флуктуацыямі току на фотадыёдзе, з'яўляецца асноўнай крыніцай шуму і яго часта называюць тэарэтычнай мяжой шуму. Акрамя таго, выраўноўванне прамяня, ізаляцыя эталоннага прамяня і ізаляцыя вібрацыі крыніцы аказваюць непасрэдны ўплыў на прадукцыйнасць. Самым вялікім недахопам валаконна-аптычных гідрафонаў з'яўляецца вялікі тэмпературны эфект.