Akustinen vektorimuunnintekniikka on herättänyt paljon huomiota vedenalaisessa akustisessa teollisuudessa

The vedenalainen vektorimuunnin koostuu perinteisestä suuntaamattomasta äänenpaineanturista ja dipolisuuntaisesta pistevärähtelyn nopeusanturista. Se voi samanaikaisesti mitata äänenpainetta äänikentän pisteessä ja useita hiukkasen värähtelynopeuden ortogonaalisia komponentteja. Amplitudi- ja vaihetiedot antoivat uusia ideoita joidenkin vedenalaisten akustisten ongelmien ratkaisemiseen. Tähän liittyvä akustinen vektorianturitekniikka on todellisen ja mahdollisen teknisen sovellusarvonsa vuoksi herättänyt paljon huomiota vedenalaisessa akustiikkayhteisössä viimeisen kymmenen vuoden aikana. Tämä artikkeli yrittää tiivistää akustisen vektorianturitekniikan kehityshistorian, status quon ja tutkimuksen edistymisen fyysisessä perustassa, ultraääniantureiden suunnittelussa ja tuotannossa sekä niihin liittyvissä suunnittelusovelluksissa viimeisen viidenkymmenen vuoden aikana.

Uuden tyyppisenä vedenalaisena akustisena mittauslaitteena akustinen vektorimuunnin ei voi vain mitata yleisintä skalaarifysikaalista suuruutta äänikenttä-äänenpaineessa, vaan myös suoraan ja synkronisesti mitata nestemäisen väliaineen hiukkasen värähtelynopeusvektoria karteesisessa koordinaatistossa samassa pisteessä äänikentässä. Seuraavat x,,,: aksiaalinen projektiokomponentti, jota käytetään yleensä kolmi- ja kaksikomponenttisena. Rakenteeltaan se koostuu perinteisestä suuntaamattomasta äänenpaineanturista ja dipoliohjatusta hiukkasnopeusanturista. Hiukkasnopeusanturi on ydinkomponentti, ja sen herkkyys ja toimintastabiilisuus rajoittavat äänivektoria. Antureiden suunnittelu, tuotanto, käsittely, kokoonpano, kalibrointi ja käyttö sekä monet muut linkit.

Vaikka tässä artikkelissa viitataan tämän tyyppiseen anturiin akustisena vektorimuuntimena, sillä on eri nimet kotimaassa ja ulkomailla. Esimerkiksi Venäjällä viitataan hiukkasten värähtelynopeusanturiin vektorivastaanottimeksi ja akustiseen vektorianturiin Sitä kutsutaan komposiittivastaanottimeksi (conlbinederceiver); Yhdysvalloissa äänivektorianturia kutsutaan myös äänenpaine-nopeussensoriksi (paine-nopeussensororp), ja joitain niistä kutsutaan äänenvoimakkuuden anturiksi. Akustisen vektorisensoritekniikan pääsovellusalueita voivat olla vedenalaiset akustiset varoitusluotaimet, hinattavat linjaluotaimet, kylkijärjestelmän mukaiset kaikuluotaimet, miinan äänisumuttimet, torpedontunnistusluotaimet, multistaattiset kaikuluotaimet, navigointipaikannus ja vedenalaisten ajoneuvojen anturiverkoston jakelu jne. helikopterit ja stealth lentokoneet, melun lähteen tunnistaminen ja äänen voimakkuus, äänitehon mittaus jne. Lisäksi on olemassa sähkömagneettiset vektorimuuntimet, joiden signaalinkäsittelymuoto on samanlainen kuin vedenalaisen äänen.

Akustinen vektorimuunnintekniikka on yksi niistä tutkimuskohteista, jotka ovat herättäneet paljon huomiota vedenalaisen akustiikan mittausteollisuudessa viimeisen kymmenen vuoden aikana. Amerikkalaisten tutkijoiden 1950-luvun puolivälissä julkaisemista klassisista kirjoituksista inertia-anturien käytöstä veden hiukkasten värähtelynopeuden mittaamiseen suoraan entisen Neuvostoliiton tutkijoiden menestyksekkääseen kehittämiseen akustisten vektorianturien 1970- ja 1980-luvuilla. (komposiittihydrofoni) Meren ympäristömelun tutkimusta tehtiin, ja vasta 1990-luvulla akustisen vektorianturitekniikan tutkimusbuumi syntyi vähitellen.

Vuonna 1991 venäläiset tutkijat julkaisivat maailman ensimmäisen monografian akustisesta vektorisensoriteknologiasta 'akustisen vektorivaiheen menetelmästä', jossa käsiteltiin kattavasti akustisen vektorisensorin tekniikan periaatteita ja sovelluksia. The American Journal of Acoustics, Vol. 89, No. 3, 1991 Ja the second number of the vectors0, Volusticume 9 and the second number of the sensor of sensor tutkijat Yhdysvalloista ja Venäjältä. Tätä tilannetta ei ole koskaan tapahtunut. Tämän tekniikan mahdolliset sotilaalliset sovellukset ovat saaneet Yhdysvaltain merivoimien tutkimusviraston (ONR) vuonna 1995 sponsoroimaan Acoustic Society of Americaa pitämään symposiumin akustisista vektoreista ja julkaisi esseitä nimeltä Particle,Sencobrancestic 'Acobrancestic 'Acobrance. Application', joka pohjimmiltaan heijastaa nykyistä amerikkalaisten tutkijoiden työtä tällä alalla. Tutkimustrendit, mutta toistaiseksi se on edelleen yksi arvokkaimmista vertailumateriaaleista tällä alalla, ja se on myös suuresti edistänyt tämän alan tutkimusta. Vuonna 1997 venäläinen tutkija julkaisi monografian 'Composite Underwater Acoustic Receiver', joka käsittelee erityisesti vektorigrafiikkaa ja tuotantojärjestelmää. anturi.

Vuonna 2001 US Naval Underwater Warfare Center (NUWC) piti seminaarin suunnatusta akustisesta muuntimesta ja kutsui venäläiset tutkijat osallistumaan ensimmäistä kertaa. Vuonna 2002 IEEE:n OCEANS perusti erityisen 'Sound Particle Vibration Velocity Sensors' -verkoston, joka kattaa matalataajuisten ja korkeataajuisten laitteiden suunnittelun, tuotannon ja kokeilun. äänivektorianturi sekä äänenpaineen ja äänihiukkasten värähtelynopeuden yhteistietojen suorituskyky sovituskentän käsittelyssä jne. Nämä kaikki heijastavat viimeisintä tutkimustilannetta. Vuonna 2003 julkaistu 'Ocean Vector Acoustics' kehitti tutkimusta meriympäristömelun äänenpaineskalaarikentän ominaisuuksista ja ehdotti täydellistä sarjaa akustiseen vektorimuuntimeen perustuvia menetelmiä, kuten merikokeita, tietojenkäsittelyä ja teoreettista analyysiä. Vaikka inertia-antureihin ja tuotantonäytteiden prototyyppeihin perustuvan nykyaikaisen akustisen vektorimuuntimen suunnitteluideat ilmestyivät ensimmäisen kerran Yhdysvalloissa, Rzheviknin ja Zakharovin aktiivisen aloitteen ja edistämisen alaisina Venäjän on edistyttävä akustisen vektorianturitekniikan perustutkimuksessa ja sovellustutkimuksessa. Se on kauempana, ja se luokiteltiin 1900-luvun Venäjän kymmenen parhaan vedenalaisen akustisen teknologian joukkoon.

Aiheeseen liittyvä kotityö voidaan jäljittää äänenpainegradienttihydrofonin ja kaksoishydrofonin äänenvoimakkuuden mittauksen tutkimustyöhön 1990-luvun alussa. Mutta syvällisempi tutkimus alkoi vuoden 1998 jälkeen. Songhua Lake -koe vuonna 1998 ja Dalianin merikoe vuonna 2000 olivat kaksi ensimmäistä akustisen vektorimuunninteknologian kenttäkoetta Kiinassa, joita seurasivat Reservoir-koe vuonna 2002 ja Itä-Kiinan meri vuonna 2003. Tekijällä on kunnia osallistua näihin kokeisiin ja niihin liittyvään tutkimukseen.