Typer og design af akustiske undervandstransducere(1)

Lydbølger er de eneste bærere, som mennesker har mestret til at overføre information og energi over lange afstande i det store hav. mennesker bruger elektromagnetiske bølger til at udvikle radarer. På samme måde bruger folk lydbølger som informationsbærere til at udvikle sig akustisk undervandstransducer . Elektronisk udstyr til positionering, identifikation og kommunikation ekkolod. Overfor det store hav er Sonar-skuldre en vigtig mission: det er at nå ud til alle hjørner af det store hav, at identificere de forskellige ting, at fortælle folk det sande ansigt af undervandsverdenen, at hjælpe folk med at udforske havets mysterier. For at blive undervandskommunikationsnavigation er de inden for områderne akvakultur, fiskeri, marin ressourceudvikling, marin geologisk og geomorfologisk udforskning, militære våben osv. Grunden til at lydbølger bliver den bedste undervandsinformationsbærer er, at lydbølgerne i vandmediet har den mindste dæmpningskoefficient sammenlignet med andre fysiske felter såsom elektromagnetiske bølger, der kan opnås med langdistanceudbredelse, og langdistancebølger. Denne fordel gør sonaren, der observerer undervandet fra den første brug af ultralydsbølger. Målet begynder og fortsætter med at udvikle sig. På nuværende tidspunkt er ekkoloddets arbejdsfrekvensområde blevet udvidet til et bredt område. Den aktive ekkolod er fra tiere hertz til flere tiere megahertz. Den lave frekvens af passiv sonar er blevet udvidet til infralydområdet. I så bredt et frekvensbånd, ifølge reglerne. Signalformen ophidser en vigtig enhed, der genererer lydbølger og sanser og modtager lydbølger i vandet uden forvrængning. Dette kaldes en ekkolodstransducer eller et sonararray. Disse enheder er ekkolodssystemets front-end udstyr. De er også 'vinduet' for sonarsystemet til at interagere med og udveksle information med vandmediet. De er ekkolodssystemet, så ekkolodstransduceren eller ekkolodsarrayet omtales levende som ekkolodsystemets 'øjne og ører'. Med den kontinuerlige udvidelse af anvendelsesområdet for ekkolodsteknologi har forbedringen af ​​militær konfrontation og operationelle behov nye principper, nye teknologier, og nyt ekkolodsudstyr er dukket op i en endeløs strøm. Udviklingen af ​​ny sonarteknologi har drevet den hurtige udvikling af undervands ultralydstransducerteknologi . De samme teknologiske gennembrud inden for transducere og udviklingen af ​​nye materialer, nye mekanismer og nye strukturelle transducere har også gjort ekkolodssystemet til et nyt udseende. Her er en kort oversigt over udviklingen af ​​transducerteknologi, den inkluderer det nye materiale hydroakustisk transducer, ny struktur og ny mekanisme hydroakustisk transducer, ny hydrofon, bredbånds transducer teknologi osv.

 Nyt materiale akustisk undervandstransducer :

De ADCP piezoelektriske transducere er en enhed, der implementerer energikonvertering i et ekkolodssystem. Der er et specielt materiale med evnen til at omdanne energi. Dette materiale kaldes funktionelt materiale. De funktionelle materialer, der bruges til at fremstille transduceren, omfatter hovedsageligt piezoelektriske materialer (såsom piezoelektriske krystaller, piezoelektriske keramik, piezoelektriske polymerer osv.) og magnetostriktive materialer (såsom nikkel, kobolt, nikkel-jernlegering, ferrit, sjældne jordarters ferro-legering til at realisere den magneto-elektriske effekt og piezo-effekten osv.). gensidig omdannelse mellem elektrisk feltenergi, magnetisk feltenergi og mekanisk energi. Gennembruddet i transducerteknologien er grundlæggende bestemt af teknologiske gennembrud inden for funktionelle materialer. I de senere år har de tekniske resultater inden for forskellige områder af funktionelle materialer også ført til udviklingen af ​​transducerteknologi. I 1963 opdagede Dr. Clark, at de sjældne jordarters materialer i lanthanid-serien har fantastiske magnetostriktive egenskaber, men de er ikke blevet brugt i praksis, fordi curiepunktet er lavere end stuetemperatur. det blev fundet, at sjældne jordarters grundstoffer og jern sammensat af binære, ternære eller kvaternære legeringer også har supermagnetostriktive egenskaber ved stuetemperatur. Den mest repræsentative jordlegering er Terfenol (komponenterne Tb, Dy, Fe).

Det er blevet til et nyt funktionelt materiale, der har fået stor opmærksomhed siden 1980'erne. ferroelektrisk enkelt krystal bismuth magnesium silikat magnat-bly titanat (PMN-PT) og bly bismuth citrat-bly titanat (PZN-PT), er en ny type komposit perovskit krystal materiale, som også er en pludselig stigning. En ny klasse af funktionelle materialer med lovende anvendelser. Før dette blev nikkel almindeligvis brugt i dybdefindertransducermaterialer. I 1917 brugte den franske videnskabsmand Lang Zhiwan kvartskrystal til at lave en ekkolodstransducer, hvilket skabte præcedens for anvendelsen af ​​piezoelektriske materialer på ekkolod i 1940'erne, BaTiO med stærke piezoelektriske egenskaber. Piezokeramik blev med succes udviklet og brugt i vid udstrækning i ekkolodssystemer under Anden Verdenskrig; PZT piezoelektrisk keramik udviklet i 1950'erne kompenserede for Ba-TiO, keramik med deres brede driftstemperaturområde og fremragende elektromekaniske konverteringseffektivitet. Manglerne ved det sjældne jordarters legeringsmateriale, som engang var det foretrukne materiale til hydroakustiske transducere, de er større ved lave temperaturer end ved stuetemperatur, såsom Tb og Dy0 ved 77 K. Materialets magnetostriktive belastning har en maksimal værdi på 0,65 %, mens Tefenol-D har en magnetostriktiv belastning på 0,22 %.

Om ultralyds hydroakustisk transducer, stangmaterialet af sjældne jordarters legering placeres i koldluftkammeret og cirkuleres og afkøles af køleskabets køletårn. Det kolde gaskammer er forsynet med et DC-forspændingsmagnetfelt og et magnetisk excitationsfelt af spolen af ​​det superledende materiale, og den magnetostriktive stang exciteres til at generere strækkevibrationen og passerer gennem maskinen. Overgangen transmitteres til den stempeludstrålende overflade, og den stempeludstrålende overflade skubber vandmediet for at generere trykbølgestråling. Vakuumkammeret er designet i strukturen, formålet er at isolere varmeledningen. Vakuumkammerets ydervæg er et formet trykfast dæksel, som kan modstå et tryk på 10 atmosfærer. De vigtigste tekniske parametre er som følger: resonansfrekvens 430Hz, maksimalt lydkildeniveau 181,4dB, effektivitet er omkring 25%. Denne type transducer er kompliceret i sin fremstillingsproces. I de senere år er folk stadig villige til at bruge Terfenol-D-materialer, der fungerer ved stuetemperatur, og kasserer nogle magnetostriktive stammer og erstatter dem med nye strukturer for at opnå strålingsydelse. 

Det følgende er en kort introduktion til forskningsfremskridtet for flere strukturelle magnetostriktive materialer til akustisk undervandstransducer s. Den langsgående transducer har en simpel struktur, og den magnetostriktive stang er kombineret med det forreste strålingshoved og halemassen for at danne et endimensionelt vibrationssystem. Det forreste strålingshoved er generelt et letvægtsmateriale, og halemassen er generelt et tæt materiale for at opnå en strålingsoverflade og større vibrationsforskydning. To slags langsgående transducere udviklet med Terfenol-D materialer introduceres. Den ene er en generel langsgående transducer med en resonansfrekvens på 1200 Hz, en lydeffekt på 3 kW og en transducervægt på 60 kg. Den anden er de to ender af sjældne jordarters stang. De er designet som udstrakte dobbeltende udstrålende langsgående transducere med en resonansfrekvens på 400 Hz, en lydstyrke på 1,5 kW og en transducervægt på 100 kg. Om den cirkulære
ultralydsdybdesensortransducer består den af et antal sjældne jordarters stænger, der omslutter en serie af cirkulære overflader, der omslutter en serie af cirkulære og cirkulære overflader. radial vibration for at opnå højeffekt akustisk stråling. Som udviklede en række sjældne jordarters lavfrekvente højeffekt toroidale transducere, med en resonansfrekvens på 200 Hz (indre diameter 0,56 m, ydre diameter 0,94 m, højde 0,37 m, lydkildeniveau 193 dB, vægt) 410 kg) og en transducer med et resonansniveau på 30 Hz, lydniveau på 1m 30 Hz (1m 30 Hz lydniveau, 1m 30 Hz lyd). 195dB, vægt 5t).