Vedenalaisen akustisen muuntimen kehittäminen vedenalaisessa havaitsemissovelluksessa

The vedenalainen akustinen anturi on tärkein työkalu, joka käyttää ääniaaltoja vedenalaisten kohteiden havaitsemiseen, tunnistamiseen ja paikantamiseen tai viestintään ja raporttien lähettämiseen veden alla. Anturia, jota käytetään lähettämään ääniaaltoja, kutsutaan lähettimeksi. Kun anturi on emittoivassa tilassa, se muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi ja sitten akustiseksi energiaksi. Tällä hetkellä tavanomaisilla pietsosähköisillä materiaaleilla suunnitelluilla anturiryhmäelementeillä, erityisesti matalataajuisilla muuntimilla, on rakenteellisten ominaisuuksiensa vuoksi suuri tilavuus ja paino, mikä paitsi lisää valmistus-, käyttö- ja ylläpitokustannuksia, myös ehdottaa alustalle erityisominaisuuksia. Vaatii ja rajoittaa muodostelman laajuutta ja muotoa, mikä rajoittaa taktiikoita ja teknisiä indikaattoreita. Kuinka ratkaista akustisen ryhmän kokoa ja muotoa koskeva ongelma, miten yhtenäistää matalataajuisten ja korkeataajuisten luotainryhmien rakennesuunnittelua ja uuden ryhmäelementtirakenteen pohjalta yhdistämällä suuren mittakaavan mukaisia ryhmiä äänen parantamiseksi. armeijamme vedenalainen taistelukyky.

 

1 Uusi pietsosähköinen komposiittianturi

Kuva 3.1 Ryhmäelementti ja poikkileikkauskuva kuun alkuun pietsosähköisestä komposiittimuuntimesta

Kuva 3.2 Ryhmäelementti ja poikkileikkauskuva symbaalianturista

Moonbud tyyppi Pietsosähköinen vedenalainen akustinen muunnin (Kuva 3.1) ja symbaalityyppinen pietsosähköinen komposiittimuunnin (Kuva 3.2) ovat edustavimmat tällä hetkellä ulkomaille keskittyvät taipuisjännitemuuntimet. Näiden kahden rakenteen pietsosähköiset komposiittimuuntimet on nimetty niiden metallisten päätykansien muodon mukaan. Kuun silmurakenteen metallinen päätykannen onkalo on kuusilmutyyppinen, kun taas symbaalirakenteen metallinen päätykannen onkalo on symbaalityyppinen ja onkalo on ilmaa. Ne kaikki on valmistettu metallin ja pietsosähköisen keramiikan yhdistelmästä. Metalli-pietsosähköiset keraamiset komposiittimateriaalit yhdistetään pietsosähköiseen keramiikkaan levy-, kuori- ja korkkimaisten metallien kautta, mikä muuttaa jännitysjakaumaa keramiikan sisällä, mikä parantaa pietsosähköisten materiaalien suorituskykyä. Sen tärkeimmät ominaisuudet ovat yksinkertainen muotoilu, helppo käsittely ja alhaiset kustannukset. Kuun alkuun pietsosähköinen komposiittianturi ja symbaalipietsosähköinen komposiittianturi osoittavat hyvää pietsosähköistä suorituskykyä. Tämä rakenne muuttaa keraamisen rajapinnan jännitysjakaumaa kannen muotoisen metallin ja keraamisen rajapinnan välisen jännityksen muuntamisen kautta ja tekee komposiittimateriaalista. Pitkittäinen pietsosähköinen suorituskyky ja poikittaissuuntainen pietsosähköinen suorituskyky tuottavat additiivisen vaikutuksen, mikä parantaa huomattavasti materiaalin pietsosähköistä kytkentätehoa dh. Niistä kuunsilmurakenteen komposiittimateriaalin dh on 10-20 kertaa suurempi kuin pietsosähköisen keramiikan. Kannen rakenne voi olla 30-40 kertaa korkeampi kuin pietsosähköinen keramiikka. Kuun silmujen ja korkin muotoisten metalli-pietsosähköisten keraamisten komposiittien ja pietsosähköisen keramiikan suorituskykyvertailu on esitetty taulukossa 3.1.

 

2 symbaalianturi

Kuva 4.1 Leikkauskuva symbaalianturiryhmän elementin perusrakenteesta

Kuva 4.2 Symbaaliryhmän elementin keraamisen sirun säteittäinen siirtymä muunnetaan siirtymäksi metallikannen paksuussuunnassa

Matriisielementin rakenne: Taulukkoelementin perusrakenne on esitetty kuvassa 4.1. Se muodostetaan liimaamalla kaksi symbaalimuotoon leimattua metallilevyä ja pietsosähköistä keraamista levyä. Metallilevyn materiaali voi olla titaaniseosta, messinkiä, seosterästä jne. Titaaniseoksen käyttö metallilevymateriaalina voi saada symbaalielementin kestämään paremmin vedenpainetta. Jos elementin halkaisija dp = 10 mm, symbaali vedenalainen akustinen muunnin kestää painetta 600 metrin syvyydessä. Titaaniseosmateriaalit ovat kuitenkin kalliimpia kuin messinki- ja seosteräsmateriaalit. Siksi titaaniseosmateriaalit ovat suhteellisen rajallisia, kun veden syvyyttä ei oteta huomioon. Verrattuna seosteräsmateriaaleihin, messingisillä symbaaliryhmäelementeillä on paremmat pietsosähköiset ominaisuudet, kun niitä käytetään samanaikaisesti symbaaliryhmän elementteihin. Pietsosähköisen keramiikan materiaaleja ovat myös pääasiassa PZT-4, PZT-8 ja PZT-5. Kun symbaalimuuntimia käytetään lähetysantureina, PZT-4- ja PZT-8-pietsosähköistä keramiikkaa käytetään yleisesti vastaanottavina antureina. Käytettäessä PZT-5 pietsosähköistä keramiikkaa käytetään yleisesti. Toimintaperiaate: Kun jännite syötetään symbaaliryhmän elementin kahteen napaan, pietsosähköinen keramiikka tuottaa pitkittäistä ja lateraalista värähtelyä. Pietsosähköisen keramiikan pituussuuntainen värähtely saa ryhmäelementin kaksi metallilevyä suoraan tuottamaan pitkittäisen siirtymän; Sivusuuntainen siirtymä saa metallilevyn puristumaan tai laajenemaan säteen suunnassa. Symbaalin erikoismuodon vuoksi tämä aiheuttaa myös metallilevyn yläosan pituussuuntaisen siirtymisen kuvan 4.2 mukaisesti. Sekä pietsosähköisen keramiikan pitkittäinen että säteittäinen siirtymä saa metallipäädyn tuottamaan pitkittäissiirtymän, ja näiden kahden siirtymän päällekkäisyyden seurauksena on metallisen päätykannen siirtyminen, mikä johtaa metallipäätykannen siirtymän vahvistumiseen.

 

3 Symbaalin ominaisuudet ja käyttömahdollisuudet Pietsosähköinen vedenalainen akustinen muunnin

3.1 Symbaalipietsosähköisen muuntimen ominaisuudet

1) Ryhmäelementti on kooltaan pieni, korkea staattinen paine ja pietsosähköinen kerroin, helppo sovittaa yhteen vesiväliaineen kanssa ja sillä on erittäin suuri kaistanleveys; muun muassa koveraa ryhmäelementtirakennetta ja erityistä hydrostaattista tasapainorakennetta käytetään perusryhmän työsyvyyden rajan ylittämiseen.

2) Tarjoa kattavasti sovellettavia akustisia antureita ja ryhmiä vedenalaisille alustoille ja vedenalaisille aseille. Tämän tyyppinen akustinen ryhmä on kooltaan pieni, kevyt ja sillä on laaja valikoima sovelluksia. Väite.

3) Uuden symbaaliryhmän pienten ja kevyiden ominaisuuksien vuoksi se voidaan koota suuressa mittakaavassa.

4) Käytä symbaalimatriisin elementtien suunnitteluteoriaa ja erityisohjelmistoa yhdistääksesi kunkin taajuuskaistan ryhmärakenteen eri mittakaavaiseksi symbaalirakenteeksi, jotta jokainen taajuuskaista voidaan optimoida ja kehittää

Se myös välttää tarpeettomia ja työläitä testejä ja muodostaa nopean ja yhtenäisen uuden symbaaliryhmän suunnittelu- ja kehitysmenetelmän. Tällä menetelmällä kehitetään samanlaisilla toimintataajuuksilla toimivien tuotteiden lisäksi uusia matalataajuisia, korkeataajuisia ryhmäelementtejä ja perusmatriiseja, jotka toimivat eri taajuuskaistoilla.

 

3.2 Sovellusnäkymät

1) Vedenalainen viestintä: Koska symbaaliluotaimen anturin ominaisuudet ovat pieni koko, keveys, helppokäyttöisyys, korkea herkkyys jne., symbaaliluotaimen elementit voidaan muodostaa lineaariseksi ryhmäksi vedenalaista viestintää varten, tai vedenalainen viestintäjärjestelmäyksikkö muodostaa vedenalaisen tietoliikenneverkon toteuttaakseen laajan alueen ja kommunikaatiotarpeen, pitkän matkan viestintätarpeiden ja kammojen vaihtamisen vedenalaisessa tilassa. tehdä vedenalaisesta viestinnästä nopeaa ja joustavaa.

2) Käytetään torpedo-ohjaukseen: Symbaaliluotaimella on korkea vastaanottoherkkyys. Symbaaliluotainta voidaan soveltaa passiivisiin torpedoihin torpedon seurannan ja ohjauksen toteuttamiseksi.

3) Käytetään sukellusveneen vastaanottamiseen luotain: symbaaliluotaimen elementit voidaan muodostaa yhteiseksi ryhmäksi, joka voidaan järjestää sukellusveneen päähän tai kylkeen suorittamaan havaitsemis- ja paikannustoimintoja.

4) Muut: voidaan käyttää hinausluotaimena, miinojen välttämiseen tarkoitettuna kaikuluotaimena, upotusluotaimena jne.