Přehled vývoje hlubokovodních nízkofrekvenčních vysílacích podvodních akustických měničů

S rozvojem oceánského výzkumu existuje široká škála poptávky po snímačích, které mohou pracovat v hluboké vodě. Hlubinné snímače se většinou montují na různé typy samostatných podvodních plošin, tzv

platforma může pojmout omezený objem a hmotnost, stejně jako kapacitu napájecího zdroje, je vyžadován nízkofrekvenční měnič pro splnění charakteristik malé velikosti, nízké hmotnosti, vysoké účinnosti a vysoké odolnosti proti hydrostatickému tlaku.

Tento článek představuje pokrok ve výzkumu nízkofrekvenčních hlubinných měničů doma i v zahraničí, včetně běžných typů měničů, jejich charakteristik a vývojových problémů, pro reference výzkumníků v

související obory.196dB a hmotnost je 2800kg; 65Hz zvuk s velmi nízkou frekvencí Maximální úroveň zdroje zdroje je 203 dB a hmotnost je 1900 kg. Jeho hlavní nevýhodou je, že je omezen strukturálními charakteristikami zakřiveného disku a pracovní hloubka je obtížně dosažitelná 1000 metrů.

 

2.2 Převodník Janus-Helmholtz

Snímač Janus-Helmholtz lze také přiřadit k typu snímače Helmholtz. Jeho typická forma spočívá v tom, že podélný vibrátor s dvojitým koncem budí tuhé válcové pláště na obou koncích pomocí frekvence kapalinové dutiny a frekvence radiálních vibrací k vytvoření dvojitého rezonančního vrcholu. Hlavní částí je podélný vibrační měnič, který může vyzařovat na obě strany (nazývaný Janusův měnič). Na vnější straně radiační hlavice Janusova měniče je umístěna dvojice válcových plášťových dutin a prostor uzavřený dutinou a Janusovým měničem Vzniká Helmholtzova rezonanční dutina, která pracuje pod buzením podélného kmitání Janusova měniče. Jeho struktura může pracovat v hlubší vodě bez použití zařízení pro kompenzaci tlaku. , Využitím spojení režimu rezonance kapalinové dutiny a režimu podélných vibrací má nízkofrekvenční, širokopásmové, vysokovýkonové charakteristiky a zároveň má relativně malou velikost, která je vhodná pro použití jako hlubokomořský nízkofrekvenční zdroj zvuku. Společnost IXBLUE vyvinula řadu plně hloubkových převodníků Janus-Helmholtz JH250-6000, JH650-6000 atd. Pracovní frekvenční pásmo převodníku JH250-6000 je 200 Hz-1050 Hz, celková velikost je Φ 72*112 cm, hladina zvuku je větší než 45 cm, 196 dB; pracovní frekvenční pásmo převodníku JH650-6000 je 580Hz-2020Hz, vnější rozměr je Φ 45*61cm a hmotnost je 90kg. Úroveň zdroje zvuku je vyšší než 196 dB; jeho nedostatky jsou velké výkyvy v pásmu.

 

Mnoho domácích jednotek také provedlo související výzkumy převodníků Janus-Helmholtz. Tento typ převodníku má relativně malou velikost a hmotnost pro dosažení nízkofrekvenčního pracovního efektu a teoreticky se výkon převodníku nemění s hloubkou a má dobré vyhlídky na použití. Hlavním problémem je, že režim rezonance kapalinové dutiny má vysokou hodnotu Q, což vede k ostrým křivkám vodivosti a odezvy blízko rezonančního vrcholu kapalinové dutiny, což není příznivé pro návrh odpovídající sítě a má určitý dopad na širokopásmový provoz. Hangzhou Institute of Applied Acoustics provedl výzkum problémů JH převodníků a účinně zlepšil problémy se spojením dvou rezonančních vidů tradičních Janus-Helmholtzových převodníků a zlepšil šířku pásma a pracovní frekvenční pásmo převodníku. Plochost odezvy vysílacího napětí. Vyrobený prototyp měniče má pracovní frekvenční rozsah 400~700Hz, špičku kapalinové dutiny 480Hz, šířku pásma odezvy přenosového napětí (6dB) větší než 200Hz a maximální úroveň zdroje zvuku 205dB. Relativně vysokofrekvenční pracovní frekvenční rozsah prototypu je 700 ~ 1400 Hz, vrchol dutiny kapaliny je 760 Hz, šířka pásma odezvy přenosového napětí (6 dB) je větší než 500 Hz a maximální úroveň zdroje zvuku je 200 dB.

 

2.3 Převodník Janus-Hammer Bell

 

V roce 2013, hlubinný převodník, který je zcela odlišný od tradičního převodníku JH. Konkrétně zahrnuje obousměrný vyzařující podélný vibrační měnič a tuhý válcový plášť, který je namontován na tuhém válci. Na střední hmotě. Mechanismus spočívá ve spojení oboustranného režimu podélných vibrací a toroidního režimu (dva hliníkové kroužky). Podélné vibrace pohání kapalinu v dutině, aby vibrovala, což způsobuje rezonanci tuhého válcového pláště. Podélný režim je spojen s radiálním režimem skořepiny. Pro dosažení širokopásmového vyzařování je vnitropásmová úroveň v zásadě nesměrová. Použijte tento převodník k provedení experimentu s šířením zvuku na velkou vzdálenost. Převodník JHB je umístěn na ose kanálu (asi 1000 m) a vertikální přijímací pole za 20 juanů se používá k úspěšnému příjmu signálu 1000 km.

2.4 Přepadový prstencový převodník

 

Přepadový prstencový měnič je běžným typem hlubinných měničů ve středních a nízkých frekvenčních pásmech. Vnitřní a vnější povrch keramického prstence je utěsněn vodotěsnými materiály (polyuretan nebo vulkanizovaná pryž). Hydrostatický tlak na konstrukci je samovyrovnávací a teoreticky není pracovní hloubka omezena hloubkou vody. Současně může rozumná konstrukce velikosti kapalinové dutiny toroidního měniče vybudit nízkofrekvenční rezonanční vrchol kapalinové dutiny a spojit se s radiální rezonancí samotného toroidu, aby se dosáhlo multimódových širokopásmových pracovních efektů. Obecně pracujte ve frekvenčním rozsahu 1kHz~10kHz. Pro frekvenční pásma pod 1 kHz je třeba vyrobit velké mozaikové prstence, což vyžaduje vysokou technologii montáže. V zahraničí uváděný přepadový prstencový měnič má pracovní frekvenční pásmo 250Hz-1kHz a zdroj zvuku. Hladina je 197 dB, průměr 1 m, výška 1,6 m, hmotnost cca 800 kg.

lan 'latentní standard hlubinné akustické tomografie', a dosáhl předběžných výsledků, ale stále existuje prostor pro další zlepšení. Pracovní frekvenční rozsah zařízení je 400Hz~550Hz, maximální odezva vysílacího napětí je 132dB a maximální úroveň zdroje zvuku je 182dB. Na základě dvou sad hlubokomořských akustických tomografických podmořských cílů tohoto snímače, nízkofrekvenční (500 Hz), hluboká voda (hloubka osy kanálu 1 000 m), dlouhodobé (3 měsíce ve službě) akustické vysílání signálu a příjem akustického signálu na vertikálním profilu v hloubce 300 m~1 500 m. V patentu užitného vzoru použitého přepadového flex-tenzního měniče je jako tlakově odolný materiál použit tuhý pěnový plast, rezonanční frekvence je 2,4 kHz a odezva přenosového napětí je 126 dB. Harbin Engineering University navrhla v patentu 'fázově obrácený hlubokomořský flextenzní podvodní akustický měnič'. Instalací invertovaných trubic s poloviční vlnovou délkou na obou koncích flextenzního měniče IV typu je vyzařováno vnitřní záření flextenzního měniče typu přepadu. Fáze akustického tlaku je převrácena o 180 stupňů, což upravuje fázi akustického tlaku uvnitř ohybového vyzařovacího pláště tak, že akustický tlak vyzařovaný z vnitřní strany u trysky obrácené trubky je ve stejné fázi jako akustický tlak vyzařovaný z vnějšku vibračního pláště, čímž se překonává tradiční problém nízké radiační účinnosti přepadového typu flextenzního měniče. Prostřednictvím této konstrukce má měnič tři vyzařovací povrchy ve fázi, jmenovitě eliptický rovinný vyzařovací povrch pístu na obou koncích a povrch vyzařující plášť ohebného tahového měniče, tvořící ternární fázový maticový režim, který umožňuje ohybovou transdukci. Zařízení tvoří směrovost číslo osm, díky čemuž má vlastnosti směrového vyzařování.

2.6 Plynem kompenzovaný nízkofrekvenční převodník

 

Americká společnost Alliant Techsystems vyvinula ultranízkofrekvenční vysoce výkonný podvodní akustický měnič HX-554 pro akustickou termometrii oceánského klimatu (ATOC) v letech 1993-1994. Snímač se skládá z 10 piezoelektrických krystalových svazků o délce 1085 mm, šířce 119 mm a tloušťce 53 mm (každý krystalový svazek je vyroben z 92 piezoelektrických keramických čtvercových desek spojených dohromady a uprostřed svazku krystalů je přidána část pasivního materiálu) do kbelíku. Tvarovaná konstrukce s nafukovacím vakem uvnitř pro vyrovnání hydrostatického tlaku a pracovní hloubka může dosáhnout 1000 metrů. Snímač využívá piezoelektrické ohybové vibrace k vyzařování horizontálních nesměrových zvukových vln. Rezonanční frekvence je 75 Hz, pracovní šířka pásma je 57-92 Hz a maximální úroveň zdroje zvuku je 197 dB (zvukový výkon 420 W, pulz CW); celková velikost převodníku je dlouhá 2,06. m, průměr 0,94 m, 2300 kg ve vzduchu, 770 kg ve vodě, plus nosná konstrukce a nafukovací systém, celková hmotnost je 5500 kg.

 

2.7 Hydrodynamický zdroj zvuku

Kapalinou poháněný zdroj zvuku využívá ke generování vibrací hydraulický pohon a má vlastnosti ultranízkofrekvenčního vyzařování, široké pracovní frekvence, dlouhého pracovního zdvihu a velkého tahu. Hydraulický zdroj zvuku HLF-1 vyvinutý společností Hydroacoustics má pracovní frekvenční rozsah 20Hz-2kHz, úroveň zdroje zvuku může dosáhnout 196dB při rezonanci 260Hz a jeho maximální velikost je 1m. Vyvinutý hydraulický zdroj zvuku HLF-4 má jediný zdroj zvuku s úrovní zdroje zvuku 206 dB při rezonanční frekvenci 57 Hz a šířce pásma 14 Hz. K vytvoření matice se používá 5 zdrojů zvuku a úroveň zdroje zvuku dosáhla 221 dB. Je slavný v roce 1991 Tento snímač byl použit při testu měření teploty oceánu na Heardově ostrově a akustický signál má vzdálenost šíření 18 000 km.

 

3 Závěr

Různé typy hlubokovodních nízkofrekvenčních vysílacích měničů mají velké rozdíly ve velikosti, hmotnosti a hlubokých akustických charakteristikách. Není možné uspokojit potřeby různých typů sonarových zařízení jedním převodníkem. Dobrý výkon má například přepadový prstencový převodník. Stabilita v hluboké vodě, směrovost pokrytí celého prostoru, lepší širokopásmový efekt, ale odpovídající velikost a hmotnost jsou relativně velké; Převodník JH dosahuje nízkofrekvenčního a širokopásmového provozu v relativně malém objemu, ale jeho směrovost se mění více s frekvencí. Ve frekvenčním pásmu jsou velká a často hluboká 'údolí', což má určitý vliv na skutečný efekt použití. Podle skutečných potřeb projektu je třeba komplexně zvážit požadavky na vhodnost, úroveň zdroje zvuku, směrovost, širokopásmový provoz atd. a zvolit vhodný typ hlubinného nízkofrekvenčního vysílacího měniče.