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 найлепшым 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, якое ажыццяўляе пераўтварэнне энергіі ў гідраакустычнай сістэме. Існуе 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. д-р 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, якія складаюцца 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, такіх як 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 шпулькай 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, і магнітастрыкцыйны стрыжань аб'яднаны з пярэдняй радыяцыйнай галоўкай і хваставой масай, каб утварыць аднамерную сістэму вібрацыі. 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 высокамагутных тараідальных пераўтваральнікаў 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).