Oversigt over udviklingen af ​​dybvands lavfrekvente transducerende undervands akustiske transducere

Med udviklingen af ​​havforskning er der en bred vifte af efterspørgsel efter transducere, der kan arbejde på dybt vand. Dybvandstransducere er for det meste monteret på forskellige typer selvstændige undervandsplatforme,

platformen kan rumme begrænset volumen og vægt samt strømforsyningskapacitet, lavfrekvent transducer er påkrævet for at opfylde egenskaberne af lille størrelse, lav vægt, høj effektivitet og høj hydrostatisk trykmodstand.

Denne artikel introducerer forskningsfremskridtene for lavfrekvente dybvandstransducere i ind- og udland, herunder de almindelige typer af transducere, deres karakteristika og udviklingsproblemer, til reference for forskere i

relaterede felter.196dB og vægten er 2800kg; 65Hz meget lavfrekvent lyd Kildens maksimale kildeniveau er 203dB og vægten er 1900Kg. Dens største ulempe er, at den er begrænset af den buede skives strukturelle egenskaber, og arbejdsdybden er svær at nå 1000 meter.

 

2.2 Janus-Helmholtz transducer

Janus-Helmholtz-transduceren kan også henføres til Helmholtz-transducertypen. Dens typiske form er, at en dobbeltendet langsgående vibrator exciterer stive cylindriske skaller i begge ender ved at bruge væskehulens frekvens og den radiale vibrationsfrekvens til at danne en dobbelt resonansspids. Hoveddelen er en langsgående vibrationstransducer, der kan stråle på begge sider (kaldet Janus-transducer). Et par cylindriske skalhulrum er placeret på ydersiden af ​​Janus-transducerens strålingshoved, og det rum, der er omsluttet af hulrummet og Janus-transduceren. Helmholtz-resonanshulrummet dannes, som virker under excitation af Janus-transducerens langsgående vibration. Dens struktur kan arbejde på dybere vand uden brug af trykkompensationsanordninger. , Ved at bruge koblingen af ​​væskehulrumsresonanstilstanden og den langsgående vibrationstilstand har den lavfrekvente, bredbånds-, højeffektegenskaber og har samtidig en relativt lille størrelse, som er egnet til brug som en dybhavs-lavfrekvent lydkilde. IXBLUE har udviklet en række Janus-Helmholtz-transducere i fuld dybde JH250-6000, JH650-6000 osv. Arbejdsfrekvensbåndet på JH250-6000-transduceren er 200Hz-1050Hz, den samlede størrelse er Φ2 cm, kilden er 1,0 kg, og lydniveauet er 1,0 kg. større end 196dB; arbejdsfrekvensbåndet for JH650-6000 transduceren er 580Hz-2020Hz, den eksterne dimension er Φ 45*61cm, og vægten er 90kg. Lydkildeniveauet er større end 196dB; dens mangler er store udsving i båndet.

 

Mange husholdningsenheder har også udført relaterede undersøgelser af Janus-Helmholtz transducere. Denne type transducer har en relativt lille størrelse og vægt for at opnå en lavfrekvent arbejdseffekt, og teoretisk ændres transducerens ydeevne ikke med dybden og har gode anvendelsesmuligheder. Hovedproblemet er, at væskehulrummets resonanstilstand har en høj Q-værdi, hvilket fører til skarpe konduktans- og responskurver nær resonanstoppen af ​​væskehulrummet, hvilket ikke er befordrende for designet af det matchende netværk og har en vis indvirkning på bredbåndsdriften. Hangzhou Institute of Applied Acoustics har forsket i problemerne med JH-transducere og effektivt forbedret de to resonanstilstandskoblingsproblemer for traditionelle Janus-Helmholtz-transducere og forbedret transducerens båndbredde og arbejdsfrekvensbånd. Fladheden af ​​sendespændingsresponsen. Den producerede prototypetransducer har et arbejdsfrekvensområde på 400~700Hz, en væskehulrumsspids på 480Hz, en transmissionsspændingsresponsbåndbredde (6dB) større end 200Hz og et maksimalt lydkildeniveau på 205dB. Det relativt højfrekvente arbejdsfrekvensområde for prototypen er 700~1400Hz, væskehulrummets peak er 760Hz, transmissionsspændingens responsbåndbredde (6dB) er større end 500Hz, og det maksimale lydkildeniveau er 200dB.

 

2.3 Janus-Hammer Bell transducer

 

I 2013, dybvandstransducer, som er helt anderledes end den traditionelle JH-transducer. Den omfatter specifikt en tovejs udstrålende langsgående vibrationstransducer og en stiv cylindrisk skal, som er monteret på en stiv cylinder. På mellemmassen. Mekanismen ligger i koblingen af ​​den dobbelte langsgående vibrationstilstand og den toroidale tilstand (to aluminiumsringe). Den langsgående vibration driver væsken i hulrummet til at vibrere, hvilket får den stive cylindriske skal til at give resonans. Den langsgående tilstand er koblet med skallens radiale tilstand. For at opnå bredbåndsstråling er niveauet i båndet grundlæggende ikke-retningsbestemt. Brug denne transducer til at udføre eksperimentet med langdistance-lydudbredelse. JHB-transduceren placeres på kanalaksen (ca. 1000 m), og 20-yuan lodret modtagende array bruges til at modtage 1000 km-signalet med succes.

2.4 Overløbsringtransducer

 

Overløbsringtransduceren er en almindelig type dybvandstransducere i mellem- og lavfrekvensbåndene. De indre og ydre overflader af den keramiske ring er forseglet med vandtætte materialer (polyurethan eller vulkaniseret gummi). Det hydrostatiske tryk på konstruktionen er selvafbalanceret, og teoretisk er arbejdsdybden ikke begrænset af vanddybden. Samtidig kan et rimeligt design af væskehulrummets størrelse af den toroidale transducer excitere den lavfrekvente væskehulrumsresonansspids og kombineres med den radiale resonans af selve toroiden for at opnå multi-mode bredbåndsarbejdseffekter. Arbejder generelt i frekvensområdet 1kHz~10kHz. Til frekvensbånd under 1kHz skal der laves mosaikringe i stor størrelse, hvilket kræver høj monteringsteknologi. Overløbsringtransduceren rapporteret i udlandet har et arbejdsfrekvensbånd på 250Hz-1kHz og en lydkilde. Niveauet er 197dB, diameteren er 1m, højden er 1,6m, og vægten er omkring 800kg.

lan 'dybhavsakustisk tomografi latent standard', og har opnået foreløbige resultater, men der er stadig plads til yderligere forbedringer. Enhedens arbejdsfrekvensområde er 400Hz ~ 550Hz, den maksimale transmissionsspændingsrespons er 132dB, og det maksimale lydkildeniveau er 182dB. Baseret på de to sæt dybhavsakustiske tomografiske ubådsmål for denne transducer, lavfrekvent (500Hz), dybt vand (1000m kanalaksedybde), langsigtet (3 måneders tjenestetid) akustisk signaludsendelse og akustisk signalmodtagelse på den lodrette profil i en dybde på 15000m~15000m. I brugsmodelpatentet for den anvendte overflow-flex-tension-transducer anvendes stiv skumplast som det trykfaste materiale, resonansfrekvensen er 2,4 kHz, og transmissionsspændingsresponsen er 126dB. Harbin Engineering University foreslog i patentet 'En fase-inverteret dybhavs-flextensionel akustisk undervandstransducer'. Ved at installere halvbølgelængde omvendte rør i begge ender af IV-type flextensional transducer, udstråles den interne stråling af overflow-type flextensional transducer. Lydtrykfasen vendes 180 grader, hvilket justerer lydtrykfasen inde i den bøjelige udstrålingsskal, så lydtrykket udstrålet fra indersiden ved dysen på det omvendte rør er i samme fase som lydtrykket udstrålet fra ydersiden af ​​den vibrerende skal, hvilket overvinder det traditionelle Problem med lav strålingseffektivitet af overløbstransducerens flextens. Gennem dette design har transduceren tre i-fase udstrålende overflader, nemlig den elliptiske plane stempeludstrålende overflade i begge ender og den skaludstrålende overflade af flextensional transduceren, der danner en ternær in-fase matrix mode, som muliggør flextensional transduktion. Enheden danner en ottetalsdirektivitet, hvilket gør, at den har karakteristika af retningsbestemt emission.

2.6 Gaskompenseret lavfrekvent transducer

 

Det amerikanske firma Alliant Techsystems udviklede den ultra-lavfrekvente høj-effekt undervands akustiske transducer HX-554 til 1993-1994 Acoustic Thermometri of Ocean Climate (ATOC). Transduceren består af 10 piezoelektriske krystalstabler med længde 1085 mm, bredde 119 mm og tykkelse 53 mm (hver krystalstabel er lavet af 92 piezoelektriske keramiske firkantede plader bundet sammen, og en sektion af passivt materiale tilføjes i midten af ​​krystalbøjlen) i en krystalspand. Formet struktur, med en oppustelig taske indeni for at afbalancere det hydrostatiske tryk, og arbejdsdybden kan nå 1000 meter. Transduceren bruger piezoelektriske stabelbøjningsvibrationer til at udsende vandrette ikke-retningsbestemte lydbølger. Resonansfrekvensen er 75Hz, arbejdsbåndbredden er 57-92Hz, og det maksimale lydkildeniveau er 197dB (lydeffekt 420W, CW-puls); transducerens samlede størrelse er 2,06 lang. m, 0,94 m i diameter, 2300 kg i luft, 770 kg i vand, plus støttestruktur og oppustningssystem, den samlede vægt er 5500 kg.

 

2.7 Hydrodynamisk lydkilde

Den væskedrevne lydkilde bruger hydraulisk drev til at generere vibrationer og har karakteristika af ultralavfrekvent emission, bred arbejdsfrekvens, lang arbejdsslag og stort tryk. HLF-1 hydrauliske lydkilde udviklet af Hydroacoustics har et arbejdsfrekvensområde på 20Hz-2kHz, lydkildeniveauet kan nå 196dB ved 260Hz resonans, og dets maksimale størrelse er 1m. Den udviklede HLF-4 hydrauliske lydkilde har en enkelt lydkilde med et lydkildeniveau på 206dB ved en resonansfrekvens på 57Hz og en båndbredde på 14Hz. Der bruges 5 lydkilder til at danne en matrix, og lydkildeniveauet er nået op på 221dB. Den er berømt i 1991. Denne transducer blev brugt i Heard Islands havtemperaturmålingstest, og det akustiske signal har en udbredelsesafstand på 18.000 km.

 

3 Konklusion

Forskellige typer dybvands lavfrekvente transducere har store forskelle i størrelse, vægt og dybe akustiske egenskaber. Det er umuligt at opfylde behovene for forskellige typer ekkolodsudstyr med én transducer. For eksempel har overløbsringtransduceren god ydeevne. Dybvandsstabilitet, dækningsgrad i fuld rum, bedre bredbåndseffekt, men den tilsvarende størrelse og vægt er relativt stor; JH-transduceren opnår lavfrekvent og bredbåndsdrift i et relativt lille volumen, men dens retningsbestemmelse ændres mere med frekvensen. Store, og der er ofte dybe 'dale' i frekvensbåndet, hvilket har en vis betydning for den faktiske brugseffekt. I henhold til projektets faktiske behov bør der tages omfattende hensyn til kravene til egnethed, lydkildeniveau, retningsbestemthed, bredbåndsdrift osv., og den passende type dybvands-lavfrekvente transducer bør vælges.