Агляд развіцця глыбакаводных нізкачашчынных перадаючых падводных акустычных пераўтваральнікаў

З развіццём даследаванняў акіяна з'явіўся шырокі спектр попыту на датчыкі, якія могуць працаваць у глыбокай вадзе. Глыбакаводныя пераўтваральнікі ў асноўным усталёўваюцца на розных тыпах аўтаномных падводных платформ,

Платформа можа змясціць абмежаваны аб'ём і вагу, а таксама магутнасць крыніцы харчавання, нізкачашчынны пераўтваральнік неабходны для задавальнення характарыстык малых памераў, малой вагі, высокай эфектыўнасці і высокага гідрастатычнага супраціву ціску.

У гэтым артыкуле прадстаўлены вынікі даследаванняў нізкачашчынных глыбакаводных пераўтваральнікаў у краіне і за мяжой, у тым ліку распаўсюджаныя тыпы пераўтваральнікаў, іх характарыстыкі і праблемы распрацоўкі, для даведкі даследчыкаў у

звязаныя поля.196 дБ і вага 2800 кг; Вельмі нізкачашчынны гук 65 Гц Максімальны ўзровень крыніцы - 203 дБ, а вага - 1900 кг. Яго галоўны недахоп у тым, што ён абмежаваны канструктыўнымі характарыстыкамі выгнутага дыска, а рабочая глыбіня цяжка дасягнуць 1000 метраў.

 

2.2 Датчык Януса-Гельмгольца

Таксама да тыпу датчыкаў Гельмгольца можна аднесці датчык Януса-Гельмгольца. Яго тыповая форма заключаецца ў тым, што падоўжны вібратар з двума канцамі ўзбуджае жорсткія цыліндрычныя абалонкі з абодвух канцоў, выкарыстоўваючы частату вадкаснай паражніны і частату радыяльнай вібрацыі для фарміравання двайнога рэзананснага піку. Асноўная частка - гэта пераўтваральнік падоўжнай вібрацыі, які можа выпраменьваць з абодвух бакоў (так званы пераўтваральнік Януса). Пара паражнін цыліндрычнай абалонкі размешчана з вонкавага боку радыяцыйнай галоўкі пераўтваральніка Януса, і ў прасторы, акружанай паражніной і пераўтваральнікам Януса, утворыцца рэзанансная паражніна Гельмгольца, якая працуе пад узбуджэннем падоўжнай вібрацыі пераўтваральніка Януса. Яго структура можа працаваць на большай глыбіні без выкарыстання прылад для кампенсацыі ціску. , Выкарыстоўваючы сувязь рэжыму рэзанансу вадкаснай поласці і рэжыму падоўжнай вібрацыі, ён мае характарыстыкі нізкай частаты, шырокапалоснасці, высокай магутнасці і ў той жа час мае адносна невялікі памер, які падыходзіць для выкарыстання ў якасці глыбакаводнай крыніцы нізкачашчыннага гуку. Кампанія IXBLUE распрацавала розныя пераўтваральнікі Януса-Гельмгольца на поўную глыбіню JH250-6000, JH650-6000 і г.д. Працоўны дыяпазон частот пераўтваральніка JH250-6000 складае 200 Гц-1050 Гц, агульны памер Φ 72*112 см, вага 450 кг, а ўзровень крыніцы гуку большы, чым 196 дБ; рабочая паласа частот пераўтваральніка JH650-6000 складае 580 Гц-2020 Гц, знешнія памеры Φ 45*61 см, вага 90 кг. Узровень крыніцы гуку перавышае 196 дБ; яго недахопы - вялікія ваганні паласы.

 

Многія айчынныя падраздзяленні таксама праводзілі адпаведныя даследаванні пераўтваральнікаў Януса-Гельмгольца. Гэты тып пераўтваральніка мае адносна невялікі памер і вагу для атрымання нізкачашчыннага працоўнага эфекту, і тэарэтычна прадукцыйнасць пераўтваральніка не змяняецца з глыбінёй і мае добрую перспектыву прымянення. Асноўная праблема заключаецца ў тым, што рэжым рэзанансу вадкаснай поласці мае высокае значэнне Q, што прыводзіць да рэзкіх крывых праводнасці і водгуку паблізу піка рэзанансу вадкаснай поласці, што не спрыяе распрацоўцы ўзгоднельнай сеткі і аказвае пэўны ўплыў на шырокапалосную працу. Інстытут прыкладной акустыкі Ханчжоу правёў даследаванні па праблемах пераўтваральнікаў JH і эфектыўна палепшыў праблемы сувязі двух рэзанансных мод традыцыйных пераўтваральнікаў Януса-Гельмгольца, а таксама палепшыў прапускную здольнасць і працоўны дыяпазон частот пераўтваральніка. Раўнамернасць характарыстыкі напружання перадачы. Выраблены прататып пераўтваральніка мае працоўны дыяпазон частот 400~700 Гц, пікавую частату вадкаснай паражніны 480 Гц, паласу водгуку па напрузе перадачы (6 дБ) больш за 200 Гц і максімальны ўзровень крыніцы гуку 205 дБ. Адносна высокачашчынны працоўны дыяпазон прататыпа складае 700~1400 Гц, пік вадкаснай паражніны складае 760 Гц, паласа водгуку напружання перадачы (6 дБ) перавышае 500 Гц, а максімальны ўзровень крыніцы гуку складае 200 дБ.

 

2.3 Датчык Janus-Hammer Bell

 

У 2013 годзе глыбакаводны пераўтваральнік, які значна адрозніваецца ад традыцыйнага пераўтваральніка JH. У прыватнасці, ён уключае двухнакіраваны выпраменьваючы падоўжны вібрацыйны пераўтваральнік і жорсткую цыліндрычную абалонку, якая ўсталявана на жорсткім цыліндры. На сярэднюю масу. Механізм заключаецца ў спалучэнні двухбаковага падоўжнага рэжыму вібрацыі і тараідальнага рэжыму (два алюмініевых кольцы). Падоўжная вібрацыя прымушае вадкасць у поласці вібраваць, выклікаючы рэзананс у жорсткай цыліндрычнай абалонцы. Падоўжны рэжым спалучаецца з радыяльным рэжымам снарада. Каб дасягнуць шырокапалоснага выпраменьвання, унутрыпалосны ўзровень у асноўным ненакіраваны. Выкарыстоўвайце гэты пераўтваральнік для правядзення эксперыменту па распаўсюджванню гуку на вялікія адлегласці. Датчык JHB размешчаны на восі канала (каля 1000 м), і вертыкальны прыёмны масіў коштам 20 юаняў выкарыстоўваецца для паспяховага прыёму сігналу на 1000 км.

2.4 Кольцавы пераўтваральнік

 

Датчык з пераліўным кольцам з'яўляецца распаўсюджаным тыпам глыбакаводных датчыкаў у дыяпазоне сярэдніх і нізкіх частот. Унутраная і знешняя паверхні керамічнага кольца ўшчыльняюцца воданепранікальнымі матэрыяламі (поліўрэтан або вулканізаванай гумай). Гідрастатычны ціск на канструкцыю самастойна ўраўнаважваецца, і тэарэтычна рабочая глыбіня не абмяжоўваецца глыбінёй вады. У той жа час разумная канструкцыя памеру вадкаснай паражніны тараідальнага пераўтваральніка можа ўзбуджаць нізкачашчынны пік рэзанансу вадкаснай паражніны і спалучаць яго з радыяльным рэзанансам самога тараіда для дасягнення шматрэжымнага шырокапалоснага працоўнага эфекту. Як правіла, працуюць у дыяпазоне частот 1 кГц ~ 10 кГц. Для дыяпазонаў частот ніжэй за 1 кГц неабходна вырабляць буйнагабарытныя мазаічныя кольцы, што патрабуе высокай тэхналогіі зборкі. Кольцавы пераўтваральнік перапаўнення, пра які паведамляецца за мяжой, мае працоўны дыяпазон частот 250 Гц-1 кГц і крыніцу гуку. Узровень - 197 дБ, дыяметр - 1 м, вышыня - 1,6 м, вага - каля 800 кг.

lan «схаваны стандарт глыбакаводнай акустычнай тамаграфіі» і дасягнуў папярэдніх вынікаў, але ёсць яшчэ магчымасці для далейшага ўдасканалення. Працоўны дыяпазон частот прылады складае 400 Гц ~ 550 Гц, максімальная характарыстыка напружання перадачы складае 132 дБ, а максімальны ўзровень крыніцы гуку - 182 дБ. На аснове двух набораў глыбакаводных акустычных тамаграфічных падводных мэтаў гэтага пераўтваральніка, нізкачашчыннага (500 Гц), глыбокага воднага (глыбіня восі канала 1000 м), доўгатэрміновага (3 месяцы дзяжурства) выпраменьвання акустычнага сігналу і прыёму акустычнага сігналу на вертыкальным профілі на глыбіні 300 ~ 1500 м. У патэнце на карысную мадэль для прымененага пераўтваральніка гнуткага нацяжэння цвёрды пенапласт выкарыстоўваецца ў якасці ўстойлівага да ціску матэрыялу, рэзанансная частата роўная 2,4 кГц, а характарыстыка напружання перадачы роўная 126 дБ. Харбінскі інжынерны ўніверсітэт прапанаваў у патэнце 'Фазаінвертаваны глыбакаводны гнуткі падводны акустычны пераўтваральнік'. Пры ўсталёўцы паўхвалевых перавернутых трубак на абодвух канцах пераўтваральніка згінання IV тыпу выпраменьваецца ўнутранае выпраменьванне пераўтваральнага пераўтваральніка згінання. Фаза гукавога ціску інвертуецца на 180 градусаў, што рэгулюе фазу гукавога ціску ўнутры выгібнай выпраменьвальнай абалонкі, так што гукавы ціск, які выпраменьваецца з унутранага боку на сопле перавернутай трубкі, знаходзіцца ў той жа фазе, што і гукавы ціск, які выпраменьваецца з вонкавага боку вібрацыйнай абалонкі, пераадольваючы традыцыйную праблему нізкай эфектыўнасці выпраменьвання пераўтваральнага пераўтваральніка расцяжэння згінання. Дзякуючы гэтай канструкцыі, пераўтваральнік мае тры синфазные выпраменьвальныя паверхні, а менавіта поршневую выпраменьвальную паверхню ў эліптычнай плоскасці на абодвух канцах і выпраменьвальную паверхню абалонкі пераўтваральніка згінання і расцяжэння, утвараючы патройны синфазный матрычны рэжым, які забяспечвае трансдукцыю згінання. Прылада фармуе васьмёрку накіраванасці, дзякуючы чаму валодае характарыстыкамі накіраванага выпраменьвання.

2.6 Нізкачашчынны пераўтваральнік з газакампенсацыяй

 

Амерыканская кампанія Alliant Techsystems распрацавала звышнізкачашчынны магутны падводны акустычны пераўтваральнік HX-554 для акустычнай тэрмаметрыі акіянскага клімату (ATOC) у 1993-1994 гг. Пераўтваральнік складаецца з 10 п'езаэлектрычных крышталяў даўжынёй 1085 мм, шырынёй 119 мм і таўшчынёй 53 мм (кожны крышталь зроблены з 92 п'езаэлектрычных керамічных квадратных пласцін, злучаных разам, і секцыя пасіўнага матэрыялу дадаецца ў сярэдзіну крышталя) у вядро. Фігурная канструкцыя з надзіманым мяшком унутры для балансавання гідрастатычнага ціску, а рабочая глыбіня можа дасягаць 1000 метраў. Пераўтваральнік выкарыстоўвае п'езаэлектрычную вібрацыю згінання стэка для выпраменьвання гарызантальных ненакіраваных гукавых хваль. Рэзанансная частата 75 Гц, рабочая паласа частот 57-92 Гц, максімальны ўзровень крыніцы гуку 197 дБ (гукавая магутнасць 420 Вт, CW імпульс); агульны памер пераўтваральніка складае 2,06 даўжыні. м, 0,94 м у дыяметры, 2300 кг у паветры, 770 кг у вадзе, плюс апорная канструкцыя і сістэма надзімання, агульная вага складае 5500 кг.

 

2.7 Гідрадынамічная крыніца гуку

Крыніца гуку з вадкасным харчаваннем выкарыстоўвае гідраўлічны прывад для стварэння вібрацыі і мае характарыстыкі звышнізкачашчыннага выпраменьвання, шырокай працоўнай частаты, доўгага працоўнага ходу і вялікай цягі. Гідраўлічная крыніца гуку HLF-1, распрацаваная кампаніяй Hydroacoustics, мае працоўны дыяпазон частот 20 Гц-2 кГц, узровень крыніцы гуку можа дасягаць 196 дБ пры рэзанансе 260 Гц, а яе максімальны памер складае 1 м. Распрацаваная гідраўлічная крыніца гуку HLF-4 мае адну крыніцу гуку з узроўнем крыніцы гуку 206 дБ пры рэзананснай частаце 57 Гц і паласе прапускання 14 Гц. Для фарміравання матрыцы выкарыстоўваюцца 5 крыніц гуку, а ўзровень крыніцы гуку дасягнуў 221 дБ. Ён атрымаў вядомасць у 1991 г. Гэты пераўтваральнік быў выкарыстаны ў тэсце вымярэння тэмпературы акіяна на востраве Херд, і акустычны сігнал мае адлегласць распаўсюджвання 18 000 км.

 

3 Заключэнне

Розныя тыпы глыбакаводных нізкачашчынных пераўтваральнікаў маюць вялікія адрозненні ў памерах, вазе і глыбінных акустычных характарыстыках. Адным пераўтваральнікам немагчыма задаволіць патрэбы розных відаў гідраакустычнага абсталявання. Напрыклад, пераўтваральнік пераліўнага кольца мае добрую прадукцыйнасць. Стабільнасць на глыбіні вады, накіраванасць поўнага прасторавага пакрыцця, лепшы шырокапалосны эфект, але адпаведны памер і вага адносна вялікія; Датчык JH забяспечвае нізкачашчынную і шырокапалосную працу ў адносна невялікім аб'ёме, але яго накіраванасць больш змяняецца з частатой. Вялікія і часта бываюць глыбокія 'даліны' ў дыяпазоне частот, што аказвае пэўны ўплыў на фактычны эфект выкарыстання. У адпаведнасці з фактычнымі патрэбамі праекта варта ўсебакова разгледзець патрабаванні прыдатнасці, узроўню крыніцы гуку, накіраванасці, шырокапалоснай працы і г.д., а таксама выбраць адпаведны тып глыбакаводнага нізкачашчыннага пераўтваральніка.