توسعه مبدل آکوستیک زیر آب در کاربرد تشخیص زیر آب

این مبدل صوتی زیر آب ابزار اصلی است که از امواج صوتی برای شناسایی، شناسایی و مکان یابی اهداف زیر آب یا برای برقراری ارتباط و ارسال گزارش در زیر آب استفاده می کند. مبدلی که برای انتشار امواج صوتی استفاده می شود فرستنده نامیده می شود. هنگامی که مبدل در حالت انتشار قرار می گیرد، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی صوتی تبدیل می کند. در حال حاضر، عناصر آرایه مبدل معمولی طراحی شده با مواد پیزوالکتریک، به ویژه مبدل های فرکانس پایین، به دلیل ویژگی های ساختاری، حجم و وزن زیادی دارند که نه تنها هزینه ساخت، استفاده و نگهداری را افزایش می دهد، بلکه ویژگی های خاصی را برای پلت فرم پیشنهاد می کند. مقیاس و شکل شکل گیری را مورد نیاز و محدود می کند و در نتیجه تاکتیک ها و شاخص های فنی را محدود می کند. نحوه حل مشکل اندازه و فرم آرایه آکوستیک، نحوه یکسان سازی طراحی ساختاری آرایه های سونار فرکانس پایین و فرکانس بالا و بر اساس ساختار عناصر آرایه جدید، با ترکیب آرایه های منسجم در مقیاس بزرگ برای بهبود صدا، بی شک شاخص های فنی مختلف آرایه ناجی برای بهبود سکوی بازی و بهبود عملکرد اسلحه ها ضروری است. توانایی های رزمی زیر آب ارتش ما.

 

1 نوع جدید مبدل کامپوزیت پیزوالکتریک

شکل 3.1 عنصر آرایه و نمای مقطعی مبدل کامپوزیت پیزوالکتریک جوانه ماه

شکل 3.2 عنصر آرایه و نمای مقطع مبدل سنج

نوع غنچه ماه مبدل آکوستیک زیر آب پیزوالکتریک (شکل 3.1) و مبدل کامپوزیت پیزوالکتریک نوع سنج (شکل 3.2) معرف ترین مبدل های انعطاف پذیری هستند که در حال حاضر در خارج از کشور متمرکز شده اند. مبدل های کامپوزیت پیزوالکتریک این دو ساختار به دلیل شکل کلاهک های فلزی انتهایی آنها نامگذاری شده اند. حفره کلاهک انتهایی فلزی ساختار جوانه ماه از نوع غنچه ماه است، در حالی که حفره کلاهک انتهایی فلزی ساختار سنج از نوع سنج است و حفره هوا است. همه آنها از کامپوزیت فلز و سرامیک پیزوالکتریک ساخته شده اند. مواد کامپوزیت سرامیکی فلز-پیزوالکتریک با سرامیک های پیزوالکتریک از طریق فلزات صفحه ای، پوسته ای شکل و کلاهکی برای تغییر توزیع تنش در داخل سرامیک ها با سرامیک های پیزوالکتریک ترکیب می شوند و در نتیجه عملکرد مواد پیزوالکتریک را بهبود می بخشند. از ویژگی های اصلی آن می توان به طراحی ساده، پردازش آسان و هزینه کم اشاره کرد. مبدل کامپوزیت پیزوالکتریک غنچه ماه و مبدل کامپوزیت پیزوالکتریک سنج عملکرد پیزوالکتریک خوبی را نشان می دهند. این ساختار توزیع تنش رابط سرامیکی را از طریق تبدیل تنش بین فلز کلاهکی شکل و رابط سرامیکی تغییر می‌دهد و باعث می‌شود که ماده کامپوزیت عملکرد پیزوالکتریک طولی و عملکرد پیزوالکتریک عرضی یک اثر افزایشی ایجاد کند و در نتیجه عملکرد جفت پیزوالکتریک dh ماده را تا حد زیادی بهبود بخشد. در میان آنها، dh مواد مرکب ساختار جوانه ماه 10-20 برابر بیشتر از سرامیک های پیزوالکتریک است. ساختار کلاهک می تواند 30-40 برابر بیشتر از سرامیک های پیزوالکتریک باشد. مقایسه عملکرد کامپوزیت های سرامیکی غنچه ماه و کلاهک شکل فلز پیزوالکتریک و سرامیک پیزوالکتریک در جدول 3.1 نشان داده شده است.

 

2 مبدل سنج

شکل 4.1 نمای مقطعی ساختار اصلی عنصر آرایه مبدل سنج

شکل 4.2 جابجایی شعاعی تراشه سرامیکی عنصر آرایه سنج به تغییر مکان در جهت ضخامت کلاهک فلزی تبدیل می شود.

ساختار عنصر آرایه: ساختار اصلی عنصر آرایه در شکل 4.1 نشان داده شده است. از اتصال دو تکه ورق فلزی مهر شده به شکل سنج و ورق سرامیکی پیزوالکتریک تشکیل می شود. جنس ورق فلزی می تواند آلیاژ تیتانیوم، برنج، فولاد آلیاژی و غیره باشد. استفاده از آلیاژ تیتانیوم به عنوان ماده ورق فلزی می تواند باعث شود عنصر سنج مقاومت بیشتری در برابر فشار آب داشته باشد. برای قطر عنصر dp=10mm، مبدل صوتی سنج زیر آب می تواند فشار را در عمق 600 متری تحمل کند. با این حال، مواد آلیاژی تیتانیوم گرانتر از برنج و مواد فولادی آلیاژی هستند. بنابراین، زمانی که عمق آب در نظر گرفته نشود، مواد آلیاژ تیتانیوم نسبتاً محدود هستند. در مقایسه با مواد فولادی آلیاژی، عناصر آرایه سنج برنجی هنگامی که به طور همزمان روی عناصر آرایه سنج اعمال می شوند، خواص پیزوالکتریک بهتری دارند. مواد سرامیک پیزوالکتریک نیز عمدتاً شامل PZT-4، PZT-8 و PZT-5 است. هنگامی که مبدل سنج به عنوان مبدل انتقال استفاده می شود، سرامیک پیزوالکتریک PZT-4 و PZT-8 معمولاً به عنوان مبدل گیرنده استفاده می شود. هنگام استفاده، معمولاً از سرامیک های پیزوالکتریک PZT-5 استفاده می شود. اصل کار: هنگامی که ولتاژ به دو قطب عنصر آرایه سنج اعمال می شود، سرامیک پیزوالکتریک ارتعاش طولی و جانبی ایجاد می کند. ارتعاش طولی سرامیک پیزوالکتریک باعث می شود که دو صفحه فلزی عنصر آرایه مستقیماً جابجایی طولی ایجاد کنند. جابجایی جانبی باعث فشرده شدن یا انبساط ورق فلزی در جهت شعاعی می شود. با توجه به شکل خاص سنج، این امر همچنین باعث جابجایی طولی بالای ورق فلز می شود، همانطور که در شکل 4.2 نشان داده شده است. هم جابجایی طولی و هم جابجایی شعاعی سرامیک پیزوالکتریک باعث می شود که کلاهک انتهایی فلزی یک جابجایی طولی ایجاد کند و نتیجه برهم نهی این دو جابجایی، جابجایی کلاهک انتهایی فلز است که منجر به تقویت جابجایی کلاهک انتهایی فلز می شود.

 

3 ویژگی ها و چشم انداز کاربرد سنج مبدل صوتی زیر آب پیزوالکتریک

3.1 ویژگی های مبدل پیزوالکتریک سنج

1) عنصر آرایه از نظر اندازه کوچک، فشار استاتیک و ضریب پیزوالکتریک بالا است، به راحتی با محیط آب مطابقت دارد و دارای پهنای باند بسیار زیادی است. در میان آنها، طرح المان آرایه مقعر و طرح تعادل هیدرواستاتیک ویژه برای شکستن حد عمق کاری آرایه پایه استفاده می شود.

2) نوعی حسگرها و آرایه‌های صوتی با کاربرد جامع برای سکوهای زیر آب و سلاح‌های زیر آب ارائه کنید. این نوع آرایه آکوستیک از نظر اندازه کوچک، وزن سبک و کاربردهای وسیعی دارد. ادعا کنید.

3) با توجه به ویژگی های کوچک و سبک آرایه سنج جدید، می توان آن را در مقیاس بزرگ مونتاژ کرد.

4) از تئوری طراحی عناصر آرایه سنج و نرم افزار ویژه برای یکسان سازی ساختار آرایه هر باند فرکانسی در ساختار سنج در مقیاس های مختلف استفاده کنید تا هر باند فرکانسی را بتوان بهینه و توسعه داد.

همچنین از آزمایش های غیر ضروری و خسته کننده اجتناب می کند و یک روش طراحی و توسعه آرایه سنج جدید سریع و یکپارچه را تشکیل می دهد. با استفاده از این روش، علاوه بر توسعه محصولات با فرکانس های کاری مشابه، عناصر آرایه فرکانس پایین و فرکانس بالا و آرایه های پایه که در باندهای فرکانسی مختلف کار می کنند نیز توسعه خواهند یافت.

 

3.2 چشم انداز برنامه

1) ارتباط زیر آب: از آنجایی که مبدل سونار سنج دارای ویژگی های اندازه کوچک، وزن سبک، استقرار آسان، حساسیت بالا و غیره است، عناصر آرایه سونار سنج را می توان به صورت یک آرایه خطی برای ارتباطات زیر آب تشکیل داد، یا به عنوان یک واحد سیستم ارتباطی زیر آب، یک شبکه ارتباطی زیر آب را برای تحقق بخشیدن به موقعیت وسیع و قابل تغییر در زیر آب و ارتباطات طولانی در زیر آب ایجاد می کند. با توجه به نیازهای رزمی، ارتباطات زیر آب را سریع و انعطاف پذیر می کند.

2) برای هدایت اژدر استفاده می شود: سونار سنج حساسیت دریافت بالایی دارد. سونار سنج را می توان برای اژدرهای غیرفعال برای ردیابی و هدایت اژدر استفاده کرد.

3) برای سونار دریافت کننده زیردریایی استفاده می شود: عناصر آرایه سونار سنج را می توان به یک آرایه مشترک تبدیل کرد که می تواند روی سر یا کنار زیردریایی قرار گیرد تا عملکردهای تشخیص و موقعیت یابی را انجام دهد.

4) سایر موارد: می تواند به عنوان سونار بکسل، سونار اجتناب از مین، سونار غوطه وری و غیره استفاده شود.