فناوری مبدل بردار صوتی توجه زیادی را از صنعت آکوستیک زیر آب به خود جلب کرده است

را مبدل بردار زیر آب از یک سنسور فشار صوت غیر جهت دار سنتی و یک سنسور سرعت ارتعاش نقطه ای دوقطبی تشکیل شده است. می تواند همزمان فشار صوت را در نقطه ای از میدان صوتی و چندین مولفه متعامد سرعت ارتعاش ذرات را اندازه گیری کند. اطلاعات دامنه و فاز ایده های جدیدی برای حل برخی از مشکلات آکوستیک زیر آب ارائه کرد. به دلیل ارزش کاربردی مهندسی واقعی و بالقوه آن، فناوری حسگر بردار صوتی مرتبط با این موضوع در ده سال گذشته توجه بسیاری از جامعه آکوستیک زیر آب را به خود جلب کرده است. در این مقاله سعی شده است تاریخچه توسعه، وضعیت موجود و برخی پیشرفت های تحقیقاتی فناوری حسگرهای برداری صوتی در پایه فیزیکی، طراحی و تولید حسگر اولتراسونیک و کاربردهای مهندسی مرتبط در پنجاه سال گذشته خلاصه شود.

به عنوان یک نوع جدید از تجهیزات اندازه گیری آکوستیک زیر آب، مبدل بردار صوتی نه تنها می‌تواند رایج‌ترین کمیت فیزیکی اسکالر را در فشار میدان صدا-فشار صوت اندازه‌گیری کند، بلکه می‌تواند به طور مستقیم و همزمان بردار سرعت ارتعاش ذرات متوسط ​​سیال را در سیستم مختصات دکارتی در همان نقطه در میدان صوتی اندازه‌گیری کند. x،،،: جزء طرح محوری زیر، به طور کلی به صورت سه جزئی و دو جزئی استفاده می شود. در ساختار، از یک سنسور فشار صوت غیر جهت دار سنتی و یک مبدل سرعت ذرات هدایت شده دوقطبی تشکیل شده است. مبدل سرعت ذرات جزء اصلی است و حساسیت و ثبات کاری آن بردار صدا را محدود می کند. طراحی، تولید، پردازش، مونتاژ، کالیبراسیون و استفاده از حسگرها و بسیاری از پیوندهای دیگر.

اگرچه این مقاله از این نوع حسگر به عنوان مبدل بردار صوتی یاد می کند، اما در داخل و خارج از کشور نام های مختلفی دارد. به عنوان مثال، روسیه به مبدل سرعت ارتعاش ذرات به عنوان گیرنده بردار اشاره می کند و حسگر بردار صوتی را گیرنده ترکیبی (conlbinederceiver) می نامند. در ایالات متحده، مبدل بردار صدا را سنسور فشار-سرعت صدا (حسگر فشار-سرعت) و برخی از آنها را پروب شدت صدا می نامند. حوزه‌های کاربردی اصلی فناوری حسگرهای بردار صوتی می‌تواند سونار هشدار صوتی زیر آب، سونار آرایه یدک‌کشی، سونار آرایه‌ای منسجم با آرایه پهلو، سونار تشخیص اژدر، سونار چند استاتیک، موقعیت‌یابی ناوبری و توزیع شبکه حسگر وسایل نقلیه زیر آب و غیره را پوشش دهد. هواپیماهای رادارگریز، شناسایی منبع نویز و شدت صدا، اندازه گیری قدرت صدا، و غیره. علاوه بر این، مبدل بردار الکترومغناطیسی وجود دارد که شکل پردازش سیگنال آن شبیه به صدای زیر آب است.

فناوری مبدل بردار صوتی یکی از محورهای تحقیقاتی است که توجه بسیاری را به خود جلب کرده است صنعت اندازه گیری آکوستیک زیر آب در ده سال گذشته از مقالات کلاسیک منتشر شده توسط محققان آمریکایی در اواسط دهه 1950 در مورد استفاده از حسگرهای اینرسی برای اندازه گیری مستقیم سرعت ارتعاش ذرات در آب، تا توسعه موفقیت آمیز حسگرهای برداری صوتی توسط محققان در اتحاد جماهیر شوروی سابق در دهه 1970 و 1980. (هیدروفون مرکب) تحقیقات در مورد نویز محیطی دریایی انجام شد و تا دهه 1990 بود که رونق تحقیقاتی فناوری حسگرهای برداری صوتی به تدریج ظهور کرد.

در سال 1991، محققان روسی اولین تک نگاری جهان را در مورد فناوری حسگرهای بردار صوتی 'روش فاز بردار صوتی' منتشر کردند که به طور جامع اصول و کاربردهای فناوری حسگرهای برداری صوتی را مورد بحث قرار می داد. مجله آمریکایی آکوستیک، جلد 89، شماره 3، 1991 و شماره دوم جلد 90 پژوهشگران ایالات متحده در مورد وضعیت بردار صوتی، از سه مقاله تحقیقاتی ایالات متحده در مورد وضعیت بردار حسگر منتشر شده است. پیش از این هرگز اتفاق نیفتاده است. چشم اندازهای کاربرد نظامی بالقوه این فناوری، آژانس تحقیقات دریایی ایالات متحده (ONR) را بر آن داشته است. در سال 1995، او از انجمن آکوستیک آمریکا حمایت کرد تا سمپوزیومی را در مورد مبدل بردار صوتی برگزار کند، و مجموعه ای از مقالات را با عنوان 'Acoustic Particle Sens, ارتعاش، سرعت، سرعت' منتشر کرد. پژوهشگران فعلی آمریکایی در این زمینه روند تحقیقاتی دارند، اما تاکنون یکی از ارزشمندترین مواد مرجع در این زمینه است، و همچنین در سال 1997، یک محقق روسی کتاب «گیرنده صوتی ترکیبی» s1 را منتشر کرده است.

در سال 2001، مرکز جنگ زیر آب نیروی دریایی ایالات متحده (NUWC) سمیناری در مورد مبدل آکوستیک جهت دار برگزار کرد و برای اولین بار از دانشمندان روسی دعوت کرد تا در آن شرکت کنند. در سال 2002، OCEANS از IEEE شبکه ویژه ای از 'حسگرهای سرعت ارتعاش ذرات صدا' را ایجاد کرد که طراحی، تولید و آزمایش فرکانس های پایین و فرکانس بالا را پوشش می دهد. مبدل بردار صدا ، و عملکرد اطلاعات مشترک فشار صوت و سرعت ارتعاش ذرات صوت در پردازش میدانی تطبیق، و غیره. همه اینها منعکس کننده آخرین وضعیت تحقیقاتی هستند. 'Ocean Vector Acoustics' که در سال 2003 منتشر شد، تحقیقی را در مورد ویژگی‌های میدان اسکالر فشار صوتی نویز محیطی دریایی توسعه داد و مجموعه کاملی از روش‌ها را بر اساس مبدل‌های برداری صوتی مانند آزمایش‌های دریایی، پردازش داده‌ها و تحلیل نظری پیشنهاد کرد. اگرچه ایده‌های طراحی مبدل وکتور آکوستیک مدرن مبتنی بر حسگرهای اینرسی و نمونه‌های اولیه نمونه‌های تولیدی برای اولین بار در ایالات متحده ظاهر شد، اما تحت ابتکار عمل و ترویج فعال Rzhevikn و Zakharov، روسیه باید در تحقیقات اساسی و تحقیقات کاربردی فناوری حسگرهای برداری صوتی پیشرفت کند. این دورتر است و به عنوان یکی از ده فناوری برتر آکوستیک زیر آب در روسیه در قرن بیستم رتبه‌بندی شد.

کارهای خانگی مرتبط را می توان به کارهای تحقیقاتی بر روی هیدروفون گرادیان فشار صدا و اندازه گیری شدت صدای هیدروفون دوگانه در اوایل دهه 1990 ردیابی کرد. اما تحقیقات عمیق‌تر پس از سال 1998 آغاز شد. آزمایش دریاچه سونگ‌هوا در سال 1998 و آزمایش دریای دالیان در سال 2000 اولین دو آزمایش میدانی بر روی فناوری مبدل‌های بردار صوتی در چین بودند و پس از آن آزمایش مخزن در سال 2002 و دریای چین شرقی در سال 2003 انجام شد.