Тыпы і канструкцыі падводных акустычных пераўтваральнікаў (1)

Гукавыя хвалі - гэта адзіныя носьбіты, якімі людзі авалодалі для перадачы інфармацыі і энергіі на вялікія адлегласці ў велізарным моры. людзі выкарыстоўваюць электрамагнітныя хвалі для распрацоўкі радараў. Сапраўды гэтак жа людзі выкарыстоўваюць гукавыя хвалі ў якасці носьбітаў інфармацыі для развіцця падводны акустычны пераўтваральнік . Электроннае абсталяванне для вызначэння месцазнаходжання, ідэнтыфікацыі і гідралакатара сувязі. Сутыкнуўшыся з велізарным акіянам, Sonar выконвае важную задачу: дасягаць усіх куткоў велізарнага мора, ідэнтыфікаваць розныя рэчы, расказваць людзям сапраўдны твар падводнага свету, дапамагаць людзям даследаваць таямніцы акіяна. Каб стаць падводнай камунікацыйнай навігацыяй, яны працуюць у галіне аквакультуры, рыбалоўства, распрацоўкі марскіх рэсурсаў, марскіх геалагічных і геамарфалагічных даследаванняў, ваеннай зброі і г. д. Прычына, па якой гукавыя хвалі становяцца лепшым носьбітам падводнай інфармацыі, заключаецца ў тым, што гукавыя хвалі ў водным асяроддзі маюць найменшы каэфіцыент згасання ў параўнанні з іншымі фізічнымі палямі, такімі як электрамагнітныя хвалі, і можна атрымаць распаўсюджванне на вялікія адлегласці. Гэта перавага робіць гідралакатар, які назірае пад вадой з першапачатковага выкарыстання ультрагукавых хваль. Мэта пачынаецца і працягвае развівацца. У цяперашні час дыяпазон працоўных частот гідралакатара пашыраны да шырокага дыяпазону. Актыўны гідралакатар - ад дзесяткаў герц да некалькіх дзесяткаў мегагерц. Нізкая частата пасіўнага рэхалота была пашырана на інфрагукавы дыяпазон. У такой шырокай паласе частот, згодна з нарматывам. Форма сігналу ўзбуджае важную прыладу, якая генеруе гукавыя хвалі і адчувае і прымае гукавыя хвалі ў вадзе без скажэнняў. Гэта называецца гідралакацыйны пераўтваральнік або гідралакатар. Гэтыя прылады з'яўляюцца ўваходным абсталяваннем гідраакустычнай сістэмы. Яны таксама з'яўляюцца «акном» для ўзаемадзеяння гідраакустычнай сістэмы і абмену інфармацыяй з водным асяроддзем. Яны з'яўляюцца сістэмай гідралакатара, таму пераўтваральнік гідралакатара або масіў гідралакатара выразна называюць «вачамі і вушамі» сістэмы гідралакатара. З бесперапынным пашырэннем вобласці прымянення гідраакустычных тэхналогій, удасканаленнем ваеннага супрацьстаяння і аператыўнымі патрэбамі ў бясконцым патоку з'явіліся новыя прынцыпы, новыя тэхналогіі і новае гідраакустычнае абсталяванне. Распрацоўка новай тэхналогіі гідралакатара прывяла да хуткага развіцця падводнага ультрагукавога пераўтваральніка . тэхналогія Тыя ж тэхналагічныя прарывы ​​ў галіне пераўтваральнікаў і распрацоўка новых матэрыялаў, новых механізмаў і новых структурных пераўтваральнікаў таксама зрабілі гідраакустычную сістэму новым выглядам. Вось кароткі агляд развіцця тэхналогіі пераўтваральнікаў, уключаючы гідраакустычны пераўтваральнік з новага матэрыялу, новую структуру і новы механізм гідраакустычнага пераўтваральніка, новы гідрафон, тэхналогію шырокапалоснага пераўтваральніка і г.д.

 Новы матэрыял падводны акустычны пераўтваральнік :

The П'езаэлектрычныя пераўтваральнікі ADCP - гэта прылада, якая ажыццяўляе пераўтварэнне энергіі ў гідраакустычнай сістэме.Ёсць спецыяльны матэрыял са здольнасцю пераўтвараць энергію. Гэты матэрыял называюць функцыянальным. Функцыянальныя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для вырабу пераўтваральніка, у асноўным уключаюць п'езаэлектрычныя матэрыялы (такія як п'езаэлектрычныя крышталі, п'езаэлектрычная кераміка, п'езаэлектрычныя палімеры і г.д.) і магнітастрыкцыйныя матэрыялы (такія як нікель, кобальт, жалезна-нікелевы сплаў, ферыт, рэдказямельны ферасплав і г.д.), яны выкарыстоўваюць п'езаэлектрычны эфект і магнітастрыкцыйны эфект для рэалізацыі ўзаемнага пераўтварэння энергіі электрычнага поля, энергіі магнітнага поля і механічнай энергіі. Прарыў у тэхналогіі пераўтваральнікаў фундаментальна вызначаецца тэхналагічнымі прарывамі ў функцыянальных матэрыялах. У апошнія гады тэхнічныя дасягненні ў розных галінах функцыянальных матэрыялаў таксама прывялі да развіцця тэхналогіі пераўтваральнікаў. У 1963 г. доктар Кларк выявіў, што рэдказямельныя матэрыялы серыі лантанідаў валодаюць дзіўнымі магнітастрыкцыйнымі ўласцівасцямі, але яны не былі выкарыстаны на практыцы, таму што кропка Кюры ніжэй пакаёвай тэмпературы. было ўстаноўлена, што рэдказямельныя элементы і жалеза, складзеныя з бінарных, трайных або чацвярцічных сплаваў, таксама валодаюць супермагнітастрыкцыйнымі ўласцівасцямі пры пакаёвай тэмпературы. Найбольш рэпрэзентатыўным земляным сплавам з'яўляецца терфенол (кампаненты Tb, Dy, Fe).

Гэта стаў новым функцыянальным матэрыялам, які атрымаў вялікую ўвагу з 1980-х гадоў. Сегнетоэлектрычны монакрышталіч вісмута магнію сілікат магнат-тытанат свінцу (PMN-PT) і свінец цытрат вісмута-тытанат свінцу (PZN-PT), з'яўляецца новым тыпам кампазітнага перовскитного крышталічнага матэрыялу, які таксама з'яўляецца раптоўным павышэннем. Новы клас функцыянальных матэрыялаў з перспектыўнымі прымяненнямі. Да гэтага нікель звычайна выкарыстоўваўся ў матэрыялах датчыкаў глыбіні. У 1917 годзе французскі вучоны Ланг Жыван выкарыстаў кварцавы крышталь для вырабу гідралакатара, стварыўшы прэцэдэнт для прымянення п'езаэлектрычных матэрыялаў на гідралакатарах у 1940-я гады, BaTiO з моцнымі п'езаэлектрычнымі ўласцівасцямі. П'езакераміка была паспяхова распрацавана і шырока выкарыстоўвалася ў гідраакустычных сістэмах падчас Другой сусветнай вайны; П'езаэлектрычная кераміка PZT, распрацаваная ў 1950-х гадах, кампенсавала Ba-TiO, кераміку з яе шырокім дыяпазонам працоўных тэмператур і выдатнай эфектыўнасцю электрамеханічнага пераўтварэння. Недахопы рэдказямельнага сплаву, які калісьці быў пераважным матэрыялам для гідраакустычных пераўтваральнікаў, яны большыя пры нізкіх тэмпературах, чым пры пакаёвай тэмпературы, напрыклад, Tb і Dy0 пры 77 К. Магнітастрыкцыйная дэфармацыя матэрыялу мае максімальнае значэнне 0,65%, у той час як тэфенол-D мае магнітастрыкцыйнае дэфармаванне 0,25% пры пакаёвай тэмпературы.

Што тычыцца ультрагукавога гідраакустычнага пераўтваральніка, стрыжань з рэдказямельнага сплаву змяшчаецца ў камеру халоднага паветра, цыркулюе і астуджаецца ў градзірні халадзільніка. Халодная газавая камера забяспечваецца магнітным полем зрушэння пастаяннага току і магнітным полем узбуджэння з дапамогай шпулькі звышправоднага матэрыялу, а магнітастрыкцыйны стрыжань узбуджаецца для генерацыі расцягваючых вібрацый і праходзіць праз машыну. Пераход перадаецца на выпраменьвальную паверхню поршня, а выпраменьвальная паверхня поршня штурхае воднае асяроддзе для генерацыі выпраменьвання хвалі ціску. Вакуумная камера распрацавана ў структуры, мэта складаецца ў тым, каб ізаляваць цеплаправоднасць. Знешняя сценка вакуумнай камеры ўяўляе сабой фасонную стойкую да ціску вечка, якая вытрымлівае ціск 10 атмасфер. Асноўныя тэхнічныя параметры наступныя: рэзанансная частата 430 Гц, максімальны ўзровень крыніцы гуку 181,4 дБ, ККД каля 25%. Гэты тып пераўтваральніка складаны ў працэсе вырабу. У апошнія гады людзі па-ранейшаму ахвотна выкарыстоўваюць матэрыялы Terfenol-D, якія працуюць пры пакаёвай тэмпературы, адкідаючы некаторыя магнітастрыкцыйныя дэфармацыі і замяняючы іх новымі структурамі для дасягнення радыяцыйных характарыстык. 

Ніжэй прыведзены кароткія ўводзіны ў ход даследаванняў некалькіх канструкцыйных магнітастрыкцыйных матэрыялаў для падводны акустычны пераўтваральнік s. Падоўжны пераўтваральнік мае простую структуру, а магнітастрыкцыйны стрыжань аб'яднаны з пярэдняй радыяцыйнай галоўкай і хваставой масай, утвараючы аднамерную вібрацыйную сістэму. Пярэдняя радыяцыйная галоўка, як правіла, з'яўляецца лёгкім матэрыялам, а хваставая маса, як правіла, з'яўляецца шчыльным матэрыялам для дасягнення радыяцыйнай паверхні і большага вібрацыйнага зрушэння. Прадстаўлены два віды падоўжных пераўтваральнікаў, распрацаваных з матэрыялаў Terfenol-D. Адзін - агульны падоўжны пераўтваральнік з рэзананснай частатой 1200 Гц, гукавой магутнасцю 3 кВт і масай пераўтваральніка 60 кг. Іншы - гэта два канцы рэдказямельнага стрыжня. Яны распрацаваны ў выглядзе выпраменьвальных падоўжных пераўтваральнікаў з двума канцамі з рэзананснай частатой 400 Гц, гукавой магутнасцю 1,5 кВт і вагой пераўтваральніка 100 кг. Што тычыцца круглага
ультрагукавога датчыка глыбіні, ён складаецца з шэрагу рэдказямельных стрыжняў, якія заключаюць правільны шматкутнік, і серыі круглых паверхняў узбуджаюцца пераходнай часткай для радыяльнага. вібрацыя для дасягнення высокай магутнасці акустычнага выпраменьвання. Які распрацаваў серыю рэдказямельных нізкачашчынных тараідальных пераўтваральнікаў высокай магутнасці з рэзананснай частатой 200 Гц (унутраны дыяметр 0,56 м, вонкавы дыяметр 0,94 м, вышыня 0,37 м, узровень крыніцы гуку 193 дБ, вага) 410 кг) і пераўтваральнік з рэзананснай частатой 30 Гц (дыяметр 2 м, вышыня 1,1 цалі, узровень крыніцы гуку 195 дБ, вага 5 т).