پیشرفت تحقیق و فرصت های توسعه فناوری مبدل آکوستیک زیر آب (2

 پیشرفت تحقیق مبدل های آب عمیق

 

فضای اعماق دریا ارتفاعات جدید رقابت نظامی دریایی فعلی است. یکی از اهداف استراتژیک دریایی کشور من حرکت به سمت آبی عمیق است. توسعه تجهیزات صوتی در اعماق دریا باعث پیشرفت مداوم در تحقیقات مبدل های اعماق آب می شود. در میان مبدل های فرکانس پایین معرفی شده در بخش 1.1 این مقاله، مبدل دیسکی منحنی و مبدل حلقه جفت کننده پرتو لوله با ساختار حفره سرریز نیز نمونه های طراحی مبدل های آب عمیق هستند. در اینجا آنها را تکرار نمی کنم، اما برخی از آنها را معرفی می کنم. نتایج تحقیقات جدید مبدل های آب عمیق

 

شکل 7a دو هلمهولتز اصلی را نشان می دهد ساختارهای مبدل آکوستیک زیر آب با استفاده از تحریک انتهایی و تحریک متوسط. مطالعه نظری فرکانس رزونانس حفره مایع در شرایط دیواره الاستیک انجام شده است. شکل 7b مبدل پهن باند فرکانس کم چند حفره طراحی شده را با استفاده از مبدل لوله سرریز به عنوان منبع تحریک نشان می دهد. مبدل ژانوس-هلمهولتز با فرکانس پایین و توان بالا که در شکل 7c طراحی شده است. همچنین با گسترش سیلندر حفره مبدل ژانوس-هلمهولتز به سمت جلوی تابش پیستون، یک حفره مایع جدید در دهانه رادیاتور ژانوس تشکیل می شود. مبدل یانوس-هلمهولتز چند حفره ای (شکل 7d) مبدل را قادر می سازد تا باند فرکانس کاری وسیع تری داشته باشد. شکل 7e مبدل آب عمیق حلقه سرریز طراحی شده برای ارتباطات صوتی زیر آب را نشان می دهد. این طرح از اثر جفت رزونانس حفره مایع و ارتعاش شعاعی حلقه دایره ای برای دستیابی به ویژگی های عملیاتی باند پهن استفاده می کند. شکل 7f هدایت نیمه فضای طراحی شده مبدل پهن باند آب عمیق حلقه سرریز را نشان می دهد. پایه فلزی برای بهبود جهت عمودی مبدل و سرکوب تابش عقب استفاده می شود. مبدل طولی پهن باند آب عمیق طراحی شده در شکل 7g. مبدل از جفت لرزش طولی و ارتعاش خمشی پوشش جلویی برای دستیابی به عملکرد باند پهن استفاده می کند. مبدل در یک محفظه مقاوم در برابر فشار آلیاژ تیتانیوم محصور شده است و محفظه و مبدل با روغن سیلیکون پر شده است. , از طریق دستگاه تعادل فشار برای دستیابی به کار آب عمیق.

 

شکل 7 مبدل آب عمیق

1.4 پیشرفت تحقیق هیدروفون برداری

با توجه عمیق مردم به اطلاعات برداری میدان صوتی و اهمیت تحقیقات هیدروفون برداری ، فناوری هیدروفون برداری همچنان در حال توسعه است و در سال های اخیر به یکی از کانون های تحقیقاتی بین المللی تبدیل شده است. در قرن بیست و یکم، تحقیقات کاربردی هیدروفون برداری کشور من فعال ترین است. طبق نتایج آماری در پایان سال 2014، نزدیک به نیمی از دستاوردهای دانشگاهی در زمینه هیدروفون های بین المللی وکتور و کاربردهای آنها از کشور من بوده است. در اینجا مقدمه ای کوتاه بر پیشرفت تحقیقات اخیر هیدروفون های برداری است.

 

ساختار معمولی یک هیدروفون برداری یک حالت همزمان است. هیدروفون بردار هم‌حالت با کپسوله‌سازی عناصر حساس به اینرسی (شتاب‌سنج‌های ارتعاش، سرعت‌سنج، و غیره) در پوسته‌ای کروی یا استوانه‌ای ساخته می‌شود. اصل کار آن بر اساس ویژگی‌های یک کره یا استوانه صلب است که تحت تأثیر میدان صوتی یک حرکت نوسانی ایجاد می‌کند و عموماً برای شناوری صفر طراحی شده است (شکل 8a). تئوری و فناوری در این زمینه نسبتاً بالغ است. امروزه از انواع جدیدی از مواد تک کریستالی پیزوالکتریک PMNT و PZNT برای کاهش حجم هیدروفون، افزایش حساسیت و کاهش خود نویز استفاده می شود. هیدروفون های برداری عمدتاً در آرایه های مبتنی بر ساحل، آرایه های بکسل شده و آرایه های جانبی استفاده می شوند. هیدروفون های بردار فرکانس پایین نیز در اندازه گیری نویز محیط دریایی، شناورهای شناور و دیگر سیستم ها استفاده می شوند.

شکل 8 وکتور هیدروفون

شکل 8b یک هیدروفون بردار ستونی ارتعاشی است که می تواند به طور ثابت نصب شود. اصل اساسی آن تغییر نکرده است. در ساختار، قاب تعلیق با یک میله نصب جایگزین می شود و فنر تعلیق به فنر لاستیکی تغییر می یابد. سناریوی کاربردی این ساختار را می توان به نصب ثابت بر روی حامل پلت فرم تعمیم داد.

 

با توسعه فناوری پردازش میکرو الکترومکانیکی (MEMS)، فناوری MEMS برای طراحی و توسعه هیدروفون های برداری به کار گرفته شده است. فناوری MEMS می‌تواند اجزای میکروالکترونیکی مانند واحدهای حساس، مدارهای کنترلی، مدارهای تطبیق کم نویز و نمونه‌برداری از ماژول‌های پیش‌پردازش را یکپارچه کند. در یکی، سیگنال صوتی به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. یک حالت کار معمولی استفاده از یک حسگر شتاب ریز به عنوان یک عنصر حساس است (شکل 8c)، استفاده از اصل اثر پیزومقاومتی سیلیکون تک کریستال برای طراحی یک تراشه حساس، و توسعه یک هیدروفون بردار MEMS استوانه ای مرکب 3 بعدی. حالت کار دیگر بر اساس اصل بیونیک است، با تقلید از اصل سلول‌های حسگر مکانیکی جانبی ماهی برای درک حرکت آب، و یک هیدروفون برداری پیزورزیستیو MEMS طراحی شده است (شکل 8d).

 

هیدروفون فیبر نوری یکی از کاربردهای موفق فناوری سنجش فیبر نوری در زمینه آکوستیک زیر آب است. این ویژگی های فنی حساسیت بالا، نویز کم، محدوده دینامیکی بزرگ و ضد تداخل را نشان می دهد. در سال های اخیر، در هیدروفون های برداری نیز به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است. محققان یک هیدروفون وکتور فیبر نوری طراحی و توسعه داده اند. شکل 8e یک هیدروفون بردار فیبر نوری استوانه ای سه بعدی است. بر اساس گریتینگ براگ، واحد سنجش شتاب و واحد سنجش فشار صدا طراحی شده و هیدروفون بردار سرعت ارتعاش فشار صدا توسعه داده شده است. شکل 8f یک هیدروفون بردار فیبر کروی سه بعدی است. بر اساس سیستم تداخل فیبر حفظ قطبی کامل، یک هیدروفون بردار فیبر تداخل سنبه متعامد سه بعدی ساخته شده است که ساختار فشرده ای دارد و مرکز صدا در یک نقطه منطبق است.

 

پیشرفت تحقیقات مبدل های فرکانس پایین، مبدل های باند پهن با فرکانس بالا، مبدل های آب های عمیق و هیدروفون های برداری. اگرچه داده های جمع آوری شده جامع نیستند، اما کاملاً معمولی و معرف هستند. این اساساً خطوط مرزی توسعه مبدل های صوتی زیر آب کشور من را به تصویر می کشد. در مقایسه با کار نوآوری نمادین روی مبدل‌ها در دوره‌های مختلف در جهان، بخش قابل توجهی از کار طراحی نوآورانه در کشور من چندین سال یا حتی بیش از ده سال دیرتر از سطح فناوری پیشرفته بین‌المللی است.

 

بزرگترین انگیزه برای توسعه مبدل های هیدروآکوستیک کشور من از الزامات کاربردی در زمینه فناوری هیدروآکوستیک ناشی می شود. در دوره‌ای که توان اقتصادی و قدرت علمی و فناوری کشورم نسبتاً ضعیف است، این روش توسعه مؤثرترین است، اما پس از مدت‌ها ردپای تاریخی آشکار و در نتیجه رشته‌های غیرسیستماتیک، سری محصولات ناقص و مبانی نظری به چشم می‌خورد. وضعیت فناوری تخصصی غیرقابل اعتماد، ناقص، پشتیبانی حرفه ای ناپایدار و تیم استعداد ناپایدار.

 

از نظر فناوری مبدل‌های آب عمیق، برخی از کشورهای بزرگ دریایی قبلاً در قرن بیستم فناوری‌ها و مجموعه‌ای از محصولات بالغ داشته‌اند. برخی از تجهیزات صوتی مدنی در اعماق دریا نیز می تواند به کشور من صادر شود. با این حال، تقاضا برای فناوری سونار اعماق دریا در کشور من تا پایان قرن بیستم هنوز قوی نبود. فناوری مبدل آب عمیق در آن زمان تقریباً در حالت خالی بود. در سال‌های اخیر، کشور سرمایه‌گذاری خود را افزایش داده و به تحقیق در مورد نظریه‌های پایه و دستگاه‌های اصلی اصلی توجه کرده است. دستاوردهای جدید در زمینه مبدل‌های صوتی زیر آب در حال ظهور است، قابلیت‌های فنی سال به سال بهبود می‌یابد و پیشرفت فناوری قابل توجه بوده است. برخی از نتایج تحقیقات ذکر شده در مقاله قبلی با سطح مرز بین‌المللی همگام هستند، اما همگام‌سازی کلی و شتاب توسعه موازی همه‌جانبه، به‌ویژه در جهت‌های کوتاه و ضعیف تاریخچه فناوری مبدل‌ها و دستاوردهای فناوری جدید، هنوز شکل نگرفته است. این فقط نادر است و عملکرد محصول هنوز بسیار ضعیف است.