سونار چگونه کار می کند؟

سونار یک تجهیزات دریایی بسیار مهم است و با استفاده از سلاح های زیردریایی مانند زیردریایی ها مورد توجه همه کشورها قرار گرفته است. در اینجا، ما یک تجهیزات خاص را مورد بحث قرار نمی دهیم، و همچنین مفاهیم ریاضی زیادی را درگیر نمی کنیم. در عوض با یک اصل فیزیکی ساده شروع می کنیم و به معرفی مختصری از سونار زیر آب می پردازیم.

سونار فعلی به طور عمده به دو دسته سونار فعال و سونار غیرفعال تقسیم می شود. کار سونار فعال پس از دریافت موج صوتی شبیه رادار یا بیشتر شبیه خفاش است. سرامیک های پیزوالکتریک یک سیگنال بازتابی دریافت می کنند. از آنجایی که اصل مشابه است، این سوال پیش می آید که چرا رادار را مستقیماً به آب منتقل نمی کنیم؟ به طور ساده، امواج الکترومغناطیسی وابسته به رادار به شدت در زیر آب ضعیف می شوند و برای تشخیص دوربرد کافی نیستند. موج صوتی توسط ارتعاش جسم ایجاد می شود و مسافت طی شده در آب بسیار دور است. صدای انفجار مهیبی در آب در مکان های هزاران کیلومتری شنیده می شود.

دو نوع اصلی از این وجود دارد لوله های سرامیکی پیزو اجزای از میدان مغناطیسی یا میدان الکتریکی می توان برای تغییر شکل جسم استفاده کرد. در اینجا ما بر اصل استفاده از میدان الکتریکی برای کنترل تغییر شکل و ارتعاش جسم، یعنی اثر پیزوالکتریک معکوس و اثر پیزوالکتریک تمرکز می‌کنیم.

سپس اثر پیزوالکتریک معکوس از مواد لوله سیلندر پیزو میدان الکتریکی برای کنترل تغییر شکل جسم است. هنگامی که سیم ها به انتهای بالایی و پایینی بدنه پیزوالکتریک متصل می شوند و ولتاژ اعمال می شود، جسم در جهت میدان الکتریکی کشیده یا کوتاه می شود. اگر سرعت بارگذاری میدان الکتریکی در حال افزایش باشد، یعنی فرکانس افزایش یابد، تغییر شکل جسم می تواند برای ایجاد ارتعاش و انتشار امواج صوتی تسریع شود. همراه با سایر تجهیزات پشتیبانی، منبع صوتی سونار فعال می شود.

سپس اثر پیزوالکتریک معکوس میدان الکتریکی برای کنترل تغییر شکل جسم است. هنگامی که سیم ها به انتهای بالایی و پایینی بدنه پیزوالکتریک متصل می شوند و ولتاژ اعمال می شود، جسم در جهت میدان الکتریکی کشیده یا کوتاه می شود. اگر سرعت بارگذاری میدان الکتریکی در حال افزایش باشد، یعنی فرکانس در حال افزایش باشد، تغییر شکل جسم می تواند برای ایجاد ارتعاش و انتشار امواج صوتی تسریع شود. همراه با سایر تجهیزات پشتیبانی، منبع صوتی سونار فعال می شود.

در ساختار کریستالی تیتانات باریم یا PZT، موقعیت‌های مرکزی بارهای مثبت و منفی با هم منطبق می‌شوند و دوقطبی زمانی ایجاد می‌شود که دمای بارهای مثبت و منفی پس از کاهش دما به مقدار معینی دیگر منطبق نباشد. این پدیده دوقطبی باعث قطبش خود به خود می شود. در یک بدنه سرامیکی، نواحی با جهت قطبش خود به خودی یکسان، دامنه‌ها را دوباره تولید می‌کنند و حوزه‌ها در زیر یک میدان الکتریکی خارجی چرخانده می‌شوند تا همان جهت میدان الکتریکی را حفظ کنند. در این مدت، اگر زاویه فرمان دامنه 180 درجه نباشد، این چرخش تغییری در شکل مبدل لوله‌ای سرامیکی پیزو پیزو pzt4 ایجاد می‌کند، یعنی کرنش تحت یک میدان الکتریکی بزرگ. اگر میدان الکتریکی متناوب باشد، پسماند در یک چرخه بارگذاری رخ می دهد. بنابراین، در کاربردهای عملی، میدان الکتریکی بزرگ از پیش قطبی شده است و دامنه ها در یک جهت جهت گیری می شوند. پس از آن، جهت جلوگیری از هیسترزیس و دپلاریزاسیون تا حد امکان نباید تغییر جهت میدان الکتریکی داد. البته برخی از دستگاه های ذخیره سازی الکترونیکی مستثنی هستند. پس از حل مشکل تولید امواج صوتی و دریافت امواج صوتی، به منظور افزایش کارایی، واحدهای سونار عموماً به صورت آرایه ای هستند که با دستگاه های دیگر مانند شیفتر فاز و موارد مشابه تطبیق داده می شوند. اسکن یک منطقه خاص را انجام دهید. آرایه های بزرگ اغلب کروی یا ستونی شکل هستند، آنقدر بزرگ که لوله های اژدر زیردریایی جای خود را می گیرند. کشتی جنگی یا عقب زیردریایی اغلب به دلیل سیستم پیشرانش یک نقطه کور ایجاد می کند، بنابراین سونار یدک شده از ناحیه سر و صدا دور عقب است.