Pokrok ve výzkumu a vývojové příležitosti technologie podvodních akustických měničů (2

 Pokrok ve výzkumu hlubinných převodníků

 

Hlubinný prostor je novým velitelským vrcholem současné námořní vojenské soutěže. Jedním ze strategických námořních cílů mé země je posunout se směrem k temně modré. Vývoj hlubinných akustických zařízení podporuje neustálé průlomy ve výzkumu hlubinných měničů. Mezi nízkofrekvenčními měniči představenými v části 1.1 tohoto článku jsou zakřivený kotoučový měnič a prstencový měnič se spojením trubka-paprsk se strukturou přepadové dutiny také konstrukčními příklady hlubinných měničů. Nebudu je zde opakovat, ale představím některé typické. Nové výsledky výzkumu hlubinných snímačů.

 

Obrázek 7a ukazuje dva hlavní Helmholtz podvodní struktury akustických měničů využívající koncové buzení a střední buzení. Je provedena teoretická studie rezonanční frekvence kapalinové dutiny za podmínek elastické stěny. Obrázek 7b ukazuje navržený nízkofrekvenční širokopásmový měnič s více dutinami používající přepadový trubkový měnič jako zdroj buzení. Nízkofrekvenční a vysoce výkonný měnič Janus-Helmholtz navržený na obr. 7c; je to také prodloužením dutinového válce Janus-Helmholtzova měniče směrem k přední části záření pístu, nová kapalinová dutina se vytvoří u ústí Janusova zářiče. Vícedutinový převodník Janus-Helmholtz (obrázek 7d) umožňuje převodníku mít širší pracovní frekvenční pásmo. Obrázek 7e ukazuje navržený přepadový prstencový hlubinný snímač pro podvodní akustickou komunikaci. Konstrukce využívá vazebný efekt rezonance kapalinové dutiny a radiální vibrace kruhového prstence k dosažení širokopásmových provozních charakteristik. Obrázek 7f ukazuje navrženou poloprostorovou směrovost přepadového prstencového hlubokovodního širokopásmového měniče. Kovová základna slouží ke zlepšení vertikální směrovosti měniče a potlačení zadního vyzařování. Hlubinný širokopásmový podélný snímač navržený na obrázku 7g. Snímač využívá spojení podélných vibrací a vibrací při ohýbání předního krytu k dosažení širokopásmového provozu. Snímač je zapouzdřen v pouzdru odolném proti tlaku z titanové slitiny a pouzdro a převodník jsou naplněny silikonovým olejem. , Prostřednictvím zařízení pro vyrovnávání tlaku k dosažení hluboké vodní práce.

 

Obrázek 7 Deepwater měnič

1.4 Průběh výzkumu vektorového hydrofonu

S hlubokou pozorností lidí k vektorovým informacím zvukového pole a důležitosti výzkum vektorových hydrofonů , technologie vektorových hydrofonů se nadále vyvíjí a v posledních letech se stala jedním z mezinárodních výzkumných středisek. V 21. století je výzkum aplikací vektorových hydrofonů v mé zemi nejaktivnější. Podle statistických výsledků z konce roku 2014 téměř polovina akademických úspěchů v oblasti mezinárodních vektorových hydrofonů a jejich aplikací pochází z mé země. Zde je stručný úvod k nedávnému pokroku ve výzkumu vektorových hydrofonů.

 

Typická struktura vektorového hydrofonu je co-mode. Co-mode vektorový hydrofon je vyroben zapouzdřením inerciálních citlivých prvků (vibrační akcelerometry, rychloměry atd.) do kulového nebo válcového pláště. Jeho pracovní princip je založen na charakteristikách tuhé koule nebo válce, který vykonává oscilační pohyb při působení zvukového pole, a je obecně navržen pro nulový vztlak (obrázek 8a). Teorie a technologie v této oblasti jsou poměrně vyspělé. V dnešní době se pro snížení hlasitosti hydrofonu, zvýšení citlivosti a snížení vlastního šumu používají nové typy piezoelektrických monokrystalických materiálů PMNT a PZNT. Vektorové hydrofony se používají hlavně v pobřežních polích, vlečných polích a bočních polích. Nízkofrekvenční vektorové hydrofony se také používají při měření hluku v mořském prostředí, ponorných/bójových a dalších systémech.

Obrázek 8 Vektorový hydrofon

Obrázek 8b je ko-vibrační kolonový vektorový hydrofon, který může být pevně instalován. Jeho základní princip se nezměnil. V konstrukci je závěsný rám nahrazen montážní tyčí a závěsná pružina je změněna na pryžovou pružinu. Aplikační scénář této struktury lze rozšířit na pevnou instalaci na nosič platformy.

 

S rozvojem technologie mikro-elektromechanického zpracování (MEMS) byla technologie MEMS aplikována na návrh a vývoj vektorových hydrofonů. Technologie MEMS může integrovat mikroelektronické komponenty, jako jsou citlivé jednotky, řídicí obvody, nízkošumové přizpůsobovací obvody a moduly pro předběžné zpracování vzorků. V jednom je akustický signál převeden na elektrický signál. Typickým pracovním režimem je použití mikro-akceleračního senzoru jako citlivého prvku (obrázek 8c), využití principu piezorezistivního efektu monokrystalu křemíku pro návrh citlivého čipu a vývoj 3-rozměrného ko-vibračního válcového kompozitního MEMS vektorového hydrofonu. Další pracovní režim je založen na principu bioniky, napodobuje princip bočních mechanických snímacích buněk ryb pro snímání pohybu vody a navrhl MEMS piezorezistivní vektorový hydrofon (obrázek 8d).

 

Optický hydrofon je jednou z úspěšných aplikací technologie snímání optických vláken v oblasti podvodní akustiky. Vykazuje technické vlastnosti vysoké citlivosti, nízkého šumu, velkého dynamického rozsahu a odolnosti proti rušení. V posledních letech se také hojně využívá ve vektorových hydrofonech. Vědci navrhli a vyvinuli vektorový hydrofon z optických vláken. Obrázek 8e je trojrozměrný válcový vektorový hydrofon z optických vláken. Na základě Braggovy mřížky je navržena jednotka snímání zrychlení a jednotka snímání akustického tlaku a vyvinut vektorový hydrofon akustický tlak-rychlost vibrací. Obrázek 8f je vektorový hydrofon s 3D sférickým vláknem. Na základě plně polarizovaného vláknového interferenčního systému byl vyvinut 3D ortogonální trnový interferometrický vláknový vektorový hydrofon, který má kompaktní strukturu a zvukové centrum se v jednom bodě shoduje.

 

Pokrok ve výzkumu nízkofrekvenčních měničů, vysokofrekvenčních širokopásmových měničů, hlubinné převodníky a vektorové hydrofony. Přestože shromážděná data nejsou vyčerpávající, jsou zcela typická a reprezentativní. V podstatě zobrazuje hraniční obrys vývoje podvodních akustických měničů mé země. Ve srovnání s ikonickou inovační prací na převodnících v různých obdobích ve světě je značná část inovativní designérské práce v mé zemi o několik let nebo dokonce o více než deset let později než na mezinárodní úrovni špičkových technologií.

 

Největší impuls pro vývoj hydroakustických měničů mé země pochází z aplikačních požadavků v oblasti hydroakustické technologie. V období, kdy je ekonomická síla mé země a vědecká a technologická síla relativně slabá, je tato metoda rozvoje nejúčinnější, ale po dlouhé době zde budou patrné historické stopy, jejichž výsledkem jsou nesystematické obory, neúplné produktové řady a teoretické základy. Situace nespolehlivé, nedokonalé specializované technologie, neudržitelné profesionální podpory a nestabilního týmu talentů.

 

Pokud jde o technologii hlubinných převodníků, některé velké mořské země již měly ve 20. století mnoho vyspělých technologií a sérií produktů. Některá civilní hlubokomořská akustická zařízení lze také vyvézt do mé země. Nicméně poptávka po technologii hlubokomořských sonarů v mé zemi nebyla až do konce 20. století stále silná. Technologie hlubinných převodníků byla v té době téměř v prázdném stavu. V posledních letech země zvýšila své investice a věnovala pozornost výzkumu základních teorií a základních základních zařízení. Objevují se nové úspěchy v oblasti podvodních akustických měničů, technické možnosti se rok od roku zlepšují a technologický pokrok je pozoruhodný. Některé výsledky výzkumu uvedené v předchozím článku jsou synchronizovány s mezinárodní hraniční úrovní, ale celková synchronizace a komplexní paralelní vývojová dynamika se zdaleka netvořila, zejména v historicky krátkých a slabých směrech technologie převodníků a nových technologických výdobytcích. Je to jen vzácné a výkon produktu je stále velmi slabý.