Udvikling af akustisk undervandstransducer i undervandsdetektionsapplikation

De akustisk undervandstransducer er det vigtigste værktøj, der bruger lydbølger til at detektere, identificere og lokalisere undervandsmål eller til at kommunikere og sende rapporter under vandet. Transduceren bruges til at udsende lydbølger kaldes en sender. Når transduceren er i emitterende tilstand, omdanner den elektrisk energi til mekanisk energi og derefter til akustisk energi. På nuværende tidspunkt har konventionelle transducer array-elementer designet med piezoelektriske materialer, især lavfrekvente transducere, et stort volumen og vægt på grund af deres strukturelle egenskaber, som ikke kun øger omkostningerne ved fremstilling, brug og vedligeholdelse, men også foreslår specielle funktioner til platformen. Krav og begrænser omfanget og formen for dannelse og begrænser derved taktik og tekniske indikatorer. Hvordan man løser problemet med størrelsen og formen af det akustiske array, hvordan man forener det strukturelle design af lavfrekvente og højfrekvente sonar arrays, og på grundlag af den nye array element struktur, ved at kombinere store konforme arrays for at forbedre lyden. undervandsvåben og forbedre vores hærs undervandskampkapacitet.

 

1 Ny type piezoelektrisk komposittransducer

Figur 3.1 Arrayelement og tværsnitsbillede af måneknoppens piezoelektriske komposittransducer

Figur 3.2 Arrayelement og tværsnitsbillede af bækkentransduceren

Måneknop type piezoelektrisk akustisk undervandstransducer (figur 3.1) og piezoelektrisk komposittransducer af bækkentype (figur 3.2) er de mest repræsentative flextensionelle transducere, der i øjeblikket fokuseres på i udlandet. De piezoelektriske komposittransducere af disse to strukturer er opkaldt efter formen på deres metalendekapper. Metalendehættehulrummet i måneknoppstrukturen er en måneknopstype, mens metalendehættehulrummet i bækkenstrukturen er en bækkentype, og hulrummet er luft. De er alle lavet af en komposit af metal og piezoelektrisk keramik. Metal-piezoelektriske keramiske kompositmaterialer kombineres med piezoelektriske keramik gennem pladeformede, skalformede og hætteformede metaller for at ændre spændingsfordelingen inde i keramikken og derved forbedre ydeevnen af ​​piezoelektriske materialer. Dens hovedfunktioner er enkelt design, nem behandling og lave omkostninger. Måneknoppens piezoelektriske komposittransducer og bækken piezoelektriske komposittransducer viser god piezoelektrisk ydeevne. Denne struktur ændrer spændingsfordelingen af ​​den keramiske grænseflade gennem spændingskonverteringen mellem det hætteformede metal og den keramiske grænseflade og gør, at kompositmaterialet Den langsgående piezoelektriske ydeevne og den tværgående piezoelektriske ydeevne producerer en additiv effekt, hvilket i høj grad forbedrer den piezoelektriske koblingsydelse dh af materialet. Blandt dem er dh af måneknoppens struktur kompositmateriale 10-20 gange højere end den for den piezoelektriske keramik. Hættestrukturen kan være 30-40 gange højere end piezoelektrisk keramik. Ydeevnesammenligningen af ​​måneknopper og hætteformede metal-piezoelektriske keramiske kompositter og piezoelektriske keramik er vist i tabel 3.1.

 

2 bækken transducer

Figur 4.1 Snitbillede af den grundlæggende struktur af bækkentransducer-array-elementet

Figur 4.2 Den radiale forskydning af den keramiske chip af bækkenelementet omdannes til forskydningen i tykkelsesretningen af ​​metalhætten

Arrayelementstruktur: Arrayelementets grundlæggende struktur er vist i figur 4.1. Det er dannet ved at lime to stykker metalplade stemplet i en bækkenform og en piezoelektrisk keramisk plade. Metalpladens materiale kan være titanlegering, messing, legeret stål osv. Brugen af ​​titanlegering som metalplademateriale kan få bækkenelementet til at have større modstand mod vandtryk. For elementdiameteren dp=10mm er cymbal undervands akustisk transducer kan modstå trykket i en dybde på 600 meter. Imidlertid er titanlegeringsmaterialer dyrere end materialer af messing og legeret stål. Derfor er titanlegeringsmaterialer relativt begrænsede, når vanddybden ikke tages i betragtning. Sammenlignet med legerede stålmaterialer har messing bækken array elementer bedre piezoelektriske egenskaber, når de samtidigt påføres bækken array elementer. Materialerne til piezoelektrisk keramik omfatter også hovedsageligt PZT-4, PZT-8 og PZT-5. Når bækkentransducere bruges som sendetransducere, bruges PZT-4 og PZT-8 piezoelektrisk keramik almindeligvis som modtagende transducere. Når det bruges, er PZT-5 piezoelektrisk keramik almindeligt anvendt. Arbejdsprincip: Når der påføres spænding til de to poler af bækkenelementet, vil det piezoelektriske keramik producere langsgående og laterale vibrationer. Den langsgående vibration af den piezoelektriske keramik gør, at de to metalplader i array-elementet direkte producerer langsgående forskydning; Den laterale forskydning får metalpladen til at komprimere eller udvide sig i radial retning. På grund af bækkens specielle form forårsager dette også den langsgående forskydning af toppen af ​​metalpladen, som vist i figur 4.2. Både den langsgående og radiale forskydning af den piezoelektriske keramik vil få metalendekappen til at producere en langsgående forskydning, og resultatet af overlejringen af ​​de to forskydninger er forskydningen af ​​metalendekappen, hvilket resulterer i forstærkningen af ​​forskydningen af ​​metalendekappen.

 

3 Karakteristika og anvendelsesmuligheder for bækken piezoelektrisk akustisk undervandstransducer

3.1 Funktioner af bækken piezoelektrisk transducer

1) Array-elementet er lille i størrelse, højt i statisk tryk og piezoelektrisk koefficient, let at matche med vandmediet og har en meget stor båndbredde; blandt dem bruges det konkave array-elementdesign og det specielle hydrostatiske balancedesign til at bryde gennem arbejdsdybdegrænsen for basisarrayet.

2) Sørg for en type omfattende anvendelige akustiske sensorer og arrays til undervandsplatforme og undervandsvåben. Denne type akustisk array er lille i størrelse, let i vægt og har en bred vifte af applikationer. Påstand.

3) På grund af de små og lette egenskaber ved det nye bækkensystem, kan det samles i stor skala.

4) Brug cymbal array element design teori og speciel software til at forene array strukturen af ​​hvert frekvensbånd til en bækkenstruktur af forskellige skalaer, så hvert frekvensbånd kan optimeres og udvikles

Det undgår også unødvendige og kedelige tests og danner en hurtig og samlet ny cymbal array design og udviklingsmetode. Ved hjælp af denne metode vil der udover at udvikle produkter med lignende driftsfrekvenser også blive udviklet nye lavfrekvente, højfrekvente array-elementer og grundlæggende arrays, der fungerer i forskellige frekvensbånd.

 

3.2 Ansøgningsmuligheder

1) Undervandskommunikation: Fordi bækkenekkolodstransduceren har egenskaberne lille størrelse, let vægt, nem anvendelse, høj følsomhed osv., kan bækkenekkolodselementerne formes til et lineært array til undervandskommunikation, eller som en undervandskommunikationssystemenhed etablerer et undervandskommunikationsnetværk for at realisere stort område og langdistance undervandskommunikation i overensstemmelse med undervands- og undervandskommunikationspositionen i lang afstand, behov, hvilket gør undervandskommunikation hurtig og fleksibel.

2) Bruges til torpedovejledning: bækken-ekkolod har høj modtagefølsomhed. Cymbal-ekkolod kan anvendes på passive torpedoer for at realisere torpedosporing og -vejledning.

3) Bruges til ubådsmodtagelse af ekkolod: bækkenekkolodselementerne kan formes til et fælles array, som kan arrangeres på hovedet eller siden af ​​ubåden for at udføre funktionerne detektion og positionering.

4) Andre: kan bruges som slæbeekkolod, mineundgåelse-ekkolod, dyppeekkolod osv.