Forskningsfremskridt og udviklingsmuligheder for undervands akustisk transducerteknologi(2

 Forskningsfremskridt for dybvandstransducere

 

Dybhavsrummet er de nye ledende højder i den nuværende maritime militærkonkurrence. Et af mit lands strategiske havmål er at bevæge sig mod dyb blå. Udviklingen af ​​akustisk dybhavsudstyr fremmer kontinuerlige gennembrud inden for dybvandstransducerforskning. Blandt de lavfrekvente transducere, der er introduceret i afsnit 1.1 i denne artikel, er den buede skivetransducer og rørstrålekoblingsringtransduceren med overløbshulrumsstruktur også designeksempler på dybvandstransducere. Jeg vil ikke gentage dem her, men introducere nogle typiske. De nye forskningsresultater af dybvandstransducere.

 

Figur 7a viser de to vigtigste Helmholtz undervands akustiske transducerstrukturer ved hjælp af ende-excitation og mellemexcitation. Teoretisk undersøgelse af resonansfrekvensen af ​​væskehulrummet under elastiske vægforhold udføres. Figur 7b viser den konstruerede lavfrekvente bredbåndstransducer med flere hulrum, der anvender overløbsrørtransducer som excitationskilde. Janus-Helmholtz-transduceren med lav frekvens og høj effekt designet i fig. 7c; det er også ved at forlænge Janus-Helmholtz-transducerens hulrumscylinder mod forsiden af ​​stempelstrålingen, at der dannes et nyt væskehulrum ved mundingen af ​​Janus-køleren. Janus-Helmholtz-transduceren med flere kaviteter (Figur 7d) gør det muligt for transduceren at have et bredere arbejdsfrekvensbånd. Figur 7e viser den konstruerede overløbsring dybvandstransducer til akustisk undervandskommunikation. Designet udnytter koblingseffekten af ​​resonans i væskehulrum og radial vibration i cirkulær ring for at opnå bredbåndsdriftskarakteristika. Figur 7f viser den konstruerede halvrumsdirektivitet for overløbsringens dybvandsbredbåndstransducer. Metalbasen bruges til at forbedre transducerens vertikale retning og undertrykke den bageste stråling. Dybvandsbredbåndstransduceren i længderetningen designet i figur 7g. Transduceren bruger koblingen af ​​langsgående vibration og frontcoverbøjningsvibration for at opnå bredbåndsdrift. Transduceren er indkapslet i et trykfast hus af titanlegering, og huset og transduceren er fyldt med silikoneolie. , Gennem trykbalanceanordningen for at opnå dybtvandsarbejde.

 

Figur 7 Dybvandstransducer

1.4 Forskningsfremskridt for vektorhydrofon

Med folks dybe opmærksomhed på vektorinformation af lydfelt og vigtigheden af vektorhydrofonforskning , vektorhydrofonteknologi fortsætter med at udvikle sig og er blevet et af de internationale forskningshotspots i de seneste år. I det 21. århundrede er mit lands forskning i vektorhydrofonanvendelse den mest aktive. Ifølge de statistiske resultater ved udgangen af ​​2014 kom næsten halvdelen af ​​de akademiske resultater inden for internationale vektorhydrofoner og deres anvendelser fra mit land. Her er en kort introduktion til de seneste forskningsfremskridt for vektorhydrofoner.

 

Den typiske struktur af en vektorhydrofon er en co-mode. Co-mode vektorhydrofonen er lavet ved at indkapsle inertifølsomme elementer (vibrationsaccelerometre, speedometre osv.) i en sfærisk eller cylindrisk skal. Dens arbejdsprincip er baseret på egenskaberne for en stiv kugle eller cylinder, der laver en oscillerende bevægelse under påvirkning af et lydfelt, og er generelt designet til nul opdrift (Figur 8a). Teorien og teknologien på dette område er relativt moden. I dag bruges nye typer piezoelektriske enkeltkrystalmaterialer PMNT og PZNT til at reducere volumen af ​​hydrofonen, øge følsomheden og reducere selvstøjen. Vektorhydrofoner bruges hovedsageligt i landbaserede arrays, bugserede arrays og side arrays. Lavfrekvente vektorhydrofoner bruges også til måling af støj i havmiljøet, undervands-/bøjesystemer og andre systemer.

Figur 8 Vektorhydrofon

Figur 8b er en co-vibrerende søjle vektor hydrofon, der kan installeres fast. Dets grundlæggende princip har ikke ændret sig. I konstruktionen er ophængsrammen erstattet af en monteringsstang, og ophængsfjederen ændres til en gummifjeder. Anvendelsesscenariet for denne struktur kan udvides til fast installation på platformsholderen.

 

Med udviklingen af ​​mikro-elektromekanisk behandlingsteknologi (MEMS) er MEMS-teknologi blevet anvendt til design og udvikling af vektorhydrofoner. MEMS-teknologi kan integrere mikroelektroniske komponenter såsom følsomme enheder, kontrolkredsløb, støjsvage matchende kredsløb og prøveudtagning af forbehandlingsmoduler. I den ene omdannes det akustiske signal til et elektrisk signal. En typisk arbejdstilstand er at bruge en mikroaccelerationssensor som et følsomt element (Figur 8c), bruge princippet om piezoresistiv effekt af enkeltkrystal silicium til at designe en følsom chip og udvikle en 3-dimensionel co-vibration cylindrisk sammensat MEMS vektorhydrofon. En anden arbejdstilstand er baseret på princippet om bionik, der efterligner princippet om fiskens mekaniske laterale sanseceller til at registrere vandbevægelser, og designet en MEMS piezoresistiv vektorhydrofon (Figur 8d).

 

Optisk fiberhydrofon er en af ​​de vellykkede anvendelser af optisk fibersensorteknologi inden for undervandsakustik. Den viser de tekniske karakteristika for høj følsomhed, lav støj, stort dynamisk område og anti-interferens. I de senere år er det også blevet meget brugt i vektorhydrofoner. Forskere har designet og udviklet en fiberoptisk vektorhydrofon. Figur 8e er en tredimensionel cylindrisk fiberoptisk vektorhydrofon. Baseret på Bragg-gitteret er accelerationsfølerenheden og lydtryksfølerenheden designet, og lydtryk-vibrationshastighedsvektorhydrofonen er udviklet. Figur 8f er en 3D sfærisk fibervektorhydrofon. Baseret på det fulde polarisationsvedligeholdende fiberinterferenssystem er der udviklet en 3D ortogonal dorninterferometrisk fibervektorhydrofon, som har en kompakt struktur, og lydcentret falder sammen på et punkt.

 

Forskningsfremskridtet for lavfrekvente transducere, højfrekvente bredbåndstransducere, dybvandstransducere og vektorhydrofoner. Selvom de indsamlede data ikke er udtømmende, er de ret typiske og repræsentative. Det skildrer dybest set grænseoverskridelsen af ​​udviklingen af ​​mit lands akustiske undervandstransducere. Sammenlignet med det ikoniske innovationsarbejde på transducere i forskellige perioder i verden, er en betydelig del af det innovative designarbejde i mit land flere år eller endda mere end ti år senere end det internationale banebrydende teknologiniveau.

 

Den største drivkraft for udviklingen af ​​mit lands hydroakustiske transducere kommer fra anvendelseskravene inden for hydroakustisk teknologi. I en periode, hvor mit lands økonomiske styrke og videnskabelige og teknologiske styrke er relativt svage, er denne udviklingsmetode den mest effektive, men efter en længere periode vil der være tydelige historiske spor, hvilket resulterer i usystematiske discipliner, ufuldstændige produktserier og teoretiske fundamenter. Situationen med upålidelig, uperfekt specialiseret teknologi, uholdbar professionel support og ustabilt talentteam.

 

Med hensyn til dybvandstransducerteknologi har nogle store havlande allerede haft mange modne teknologier og serier af produkter i det 20. århundrede. Noget civilt akustisk dybhavsudstyr kan også eksporteres til mit land. Efterspørgslen efter dybhavsekkolodsteknologi i mit land var dog stadig ikke stor før i slutningen af ​​det 20. århundrede. Dybvandstransducerteknologi var næsten i en tom tilstand på det tidspunkt. I de seneste år har landet øget sine investeringer og lagt vægt på forskning i grundlæggende teorier og grundlæggende kerneenheder. Nye resultater inden for akustiske undervandstransducere er dukket op, tekniske muligheder er blevet forbedret år for år, og teknologiske fremskridt har været bemærkelsesværdige. Nogle af forskningsresultaterne, der er anført i den foregående artikel, er synkroniseret med det internationale grænseniveau, men den overordnede synkronisering og omfattende parallelle udviklingsmomentum er langt fra dannet, især i de historisk korte og svage transducerteknologiske retninger og nye teknologiske landvindinger. Det er kun sjældent, og produktets ydeevne er stadig meget svag.