Pietsokeramiikka, jota käytetään vedenalaisissa luotainantureissa

Kaikuanturi on tärkeä osa kaikuluotainta. Vesiakustiikan historian näkökulmasta jokainen vedenalaisen akustiikan kehitysvaihe on erottamaton anturitekniikan kehityksestä. Koska hydroakustisilla muuntimilla on keskeinen rooli vedenalaisessa akustisessa suunnittelussa, monet kehittyneet maat ovat investoineet tutkimukseen valtavasti. Vedenalaisten akustisten laitteiden kehityksen historiasta, ensimmäisen maailmansodan alusta lähtien Langevin-tyyppinen anturi, joka koostuu Pietsosähköisiä keraamisia kiteitä ja metallimassoja käytettiin. Monen tuotteen vaihdon jälkeen anturit otettiin käyttöön. Suorituskyky on parantunut huomattavasti. Viimeisten kahden tai kolmen vuosikymmenen aikana sotilaallisen kysynnän, tieteen ja teknologian nopean kehityksen, uusien anturimateriaalien jatkuvan kehittämisen ja soveltamisen sekä äärellisten pietsoelementtien analyysin soveltamisen antureiden suunnittelussa, anturitutkimuksessa seurauksena. Klassisen teorian ja analyyttisten menetelmien pohjalta on syntynyt monia uusia käsitteitä ja menetelmiä. Vedenalainen akustinen anturi on uuden tuotteen vaihdon edessä. Jättimäinen magnetostriktiivinen laimennettu muunnin, korkean suorituskyvyn sähköstriktiivinen pietsokeraaminen muunnin, vektorihydrofoni, pietsosähköinen komposiittianturi, matalataajuinen laaja-alainen PVDF-hydrofoni, kuituoptinen hydrofoni jne. Se edustaa viimeisintä kehitystä anturitutkimuksessa. Tästä näkökulmasta tämä artikkeli odottaa innolla vedenalaisten luotainantureiden viimeisintä kehitystä.

jättiläinen magnetostriktiivinen muunnin

1970-luvulla AE Clark havaitsi, että harvinaisilla maametalliseoksilla on supermagnetostriktiivisia ominaisuuksia. Nämä magnetostriktiivisten vaikutusten aiheuttamat maksimijännitykset ovat 6-20 kertaa suurempia kuin Pietsosähköinen putkimuunnin, jota käytetään vedenalaisissa akustisissa muuntimissa, ja energiatiheys on noin 10-20 kertaa ja äänen nopeus on vain 2/3 - 3/4 pietsosähköisestä keramiikasta, ja Harvinaisen maametallin Terfenol2D:n ja tavanomaisen pietsosähköisen materiaalin PZkelT-8 suorituskykyvertailu on annettu. Siksi samoissa tilavuusolosuhteissa Terfenol2D hydroakustisen muuntimen resonanssitaajuus on 2/3 - 3/4 pienempi kuin pietsosähköisen keraamisen hydroakustisen anturin resonanssitaajuus. Koska harvinaisen maametallin jättiläismäisen magnetostriktiivisen materiaalin Terfenol2D-muuntimella on suuren lähetystehon, pienen tilavuuden, keveyden ja korkean lämpötilan ympäristön ominaisuudet, se saadaan kehitettäessä matalataajuista-erittäin matalataajuista korkeatehoista vedenalaista akustista muuntajaa. Riittävä huomio ja sovellus. 1980-luvulla kehittyneet maat ovat kehittäneet erilaisia ​​harvinaisten maametallien antureita ja soveltaneet niitä sotilaallisella alalla. Ruotsi on menestyksekkäästi kehittänyt miinanraivaukseen kaarevia harvinaisten maametallien kaikuantureita, joiden ääniteho on 151 kW. Kiina aloitti tutkimuksen 1990-luvulla, mutta se on edistynyt nopeasti. He ovat menestyksekkäästi kehittäneet harvinaisten maametallien taivutusmuuntimia, harvinaisten maametallien upotettuja kaikuantureita ja pitkittäiskomposiittitankoisia harvinaisten maametallien muuntimia jne. Terfenol2D-materiaalien pääpiirteet ovat (1) hauraat materiaalit ja vaikea työstö. (2) Koska harvinaiset maametallit eivät ole vain magneettista johtavaa materiaalia, vaan myös johtavaa materiaalia, ulkoisen magneettikentän muuttuessa harvinaisten maametallien anturi. Sisään syntyy pyörrevirtahäviöitä, ja häviöt ovat suuria korkeilla taajuuksilla. Pietsosähköisiin keraamisiin muuntimiin verrattuna jättimäisten magnetostriktiivisten muuntimien on ratkaistava ongelmia, kuten magneettinen esijännite, esijännitys, pyörrevirtahäviö ja syvän veden kompensointi. Tällä hetkellä näihin puutteisiin on olemassa ratkaisuja. Hauraan materiaalin ja suuren pyörrevirtahäviön ongelman ratkaisemiseksi tutkitaan jättimäistä magnetostriktiivista materiaalia GMPC, jauhettua Terfenol 2D:tä, sekoitetaan sideaineita sekä puristetaan ja muodostetaan jauhemetallurgialla. Jättiläisten magnetostriktiivisten muuntimien suunnittelussa on edullinen ratkaisu hyödyntää täysimääräisesti sen suurta muodonmuutosta ja suurta energiatiheyttä taivutusanturin virityslähteenä. Sitä voidaan käyttää erilaisten matalataajuisten, pienten volyymien ja suuritehoisten muunnosten tekemiseen. Harvinaisten maametallien jättimäisten magnetostriktiivisten materiaalien magneettisen esijännityksen, esijännityksen ja sovellustekniikoiden oikea valinta vaikuttaa suuresti anturin suorituskykyyn. Yleensä magneettinen esijännite valitaan 1/3:ksi magnetostriktiivisen kyllästysarvosta, ja esijännitys valitaan välillä 7 MPa - 10 MPa suuren lähtötehon saamiseksi.

Kuituoptinen hydrofoni

Kuituoptinen hydrofonitekniikka alkoi US Naval Laboratoryssa 1970-luvun lopulla. Kuituoptisella hydrofonilla on korkea herkkyys, vahva anti-sähkömagneettinen häiriö, suuri dynaaminen alue, pieni koko ja kevyt paino. Pzt4 pietsosähköinen puolipallo . Siksi teknologiaa arvostettiin korkealle jo syntyessään ja sitä pidettiin yhtenä maanpuolustuksen avainteknologioista. Yli 20 vuoden kehityksen jälkeen kuituoptinen hydrofonitekniikka on edistynyt suuresti kehittyneissä maissa, ja erilaisia ​​kuituoptisia hydrofoneja on otettu käyttöön. He ovat saaneet valmiiksi täyskuituisen hydrofonin sukellusveneen äänenvalvontajärjestelmän, hinattavan linjajärjestelmän, sukellusveneen mukaisen järjestelmän ja niin edelleen. Erityisesti solid-state lasereiden onnistunut kehitys on avannut laajan sovellusmaailman optisille kuiduille. Kuituoptisella hydrofonitekniikalla on myös hyvä alku. Yksikön prototyypin suorituskyky on ollut lähellä kansainvälistä tasoa tai saavuttanut sen, ja kuituoptisen hydrofonijärjestelmän teknologiatutkimusta on tehty. Luotaintutkimuksen tunkeutuminen laserteknologiaan avaa epäilemättä uuden sivun luotaintutkimuksessa. Kaikenlaiset kuituoptiset hydrofonit on suunniteltu ääniaallon vaikutuksen mukaan, jolloin valon vaihemodulaatio tai intensiteettimodulaatio saadaan aikaan. Kuitu on jaettu monimuotokuituun ja yksimuotokuituun. Kuituoptinen hydrofoni on enimmäkseen valmistettu yksimuotokuidusta. Interferometrin tyyppi ja valovoiman modulaatiotyyppi. Äänenpaineen vaikutuksesta optisen kuidun ytimeen syntyy jännitystä, joka aiheuttaa muutoksia taitekertoimessa ja pituudessa. Nämä kaksi muutosta aiheuttavat optisessa kuidussa etenevän laserin vaihemodulaation. Interferometrityyppinen kuituoptinen hydrofoni käyttää herkänä kuiduna kuitua, johon äänikenttä vaikuttaa, ja toinen on erotettu äänikentästä. Referenssikuitua, jossa on kiinteä vaihe-ero, käytetään interferometrin varsille ja valosähköisenä muuntimena. Synteesin jälkeen vastaanotetun valovahvistimen pinnalle muodostuu häiriötä ja akustinen informaatio havaitaan. Koska valon aallonpituus on hyvin pieni, äänenpaineen aiheuttama signaalin pieni jännitys ei ole pieni muutos valon aallonpituuteen nähden ja aiheuttaa siten suuren muutoksen lähtövalon voimakkuudessa, joten kuituinterferenssityyppisen hydrofonin herkkyys on erityisen korkea. Kuituinterferometrin kuituoptisella hydrofonilla saavutettu tekninen suorituskyky on seuraava: vastaanottojänniteherkkyys: - 140dB (0dB = 1V/μPa) Vaiheherkkyys: 2. 56 × 10 - 8 rad / μPa . Taajuusvaste: 16Hz ~ 10kB≉suoraisuus:3kHz) (Aaltoilu ≤ 2. 5dB) Kaikista intensiteettityyppisistä hydrofoneista hilatyyppinen hydrofoni on uusi, todistettu ja tehokas vedenalainen akustinen ilmaisin. 

Lähtö ilmaistaan ​​tulevan äänikentän suorana intensiteettimodulaationa. Sen pääasiallinen toimintaperiaate on saada aikaan kahden hilan suhteellinen siirtyminen vakiovalonlähteen ja valovastaanottimen välillä äänikentän vaikutuksesta, ja vastaanottointensiteetti on kahden hilan suhteellisen siirtymän funktio, jotta äänikenttä voidaan muuttaa . Intensiteettimodulaatioon. Hilahydrofoni itsessään koostuu olennaisesti kahdesta aksiaalisesti kohdistetusta optisesta aaltoputkesta (tai kuidusta), joissa on pieni rako ja raossa olevat aukot, jotka ohjaavat läpäisykykyä, tarjoavat vaaditun intensiteettimodulaation. Hydrofoni tarjoaa kaikki suoran intensiteettimodulaatiolaitteen edut ja on edullinen. Hilamenetelmällä voidaan saavuttaa suhteellisen korkea herkkyys, ja laite on yksinkertainen valmistaa, ilman edistynyttä optista tekniikkaa, ja sen dynaaminen alue on jopa 160 dB ja se pystyy havaitsemaan alle 0,01 A:n äänen aiheuttaman siirtymän. Lisäksi joustavan hilan tiheyden, offsetin, dynaamisen tehon ja hydrofonin herkkyyden valinnan ansiosta on enemmän suunnittelun kokoa ja joustavuutta. toimintataajuusalue. Kuituoptisissa hydrofoneissa fotodiodin virranvaihteluista aiheutuva laukauskohina on sen tärkein kohinan lähde, ja sitä kutsutaan usein teoreettiseksi kohinarajaksi. Lisäksi säteen kohdistuksella, vertailusäteen eristyksellä ja lähteen tärinäneristyksellä on suora vaikutus suorituskykyyn. Kuituoptisten hydrofonien suurin haitta on suuri lämpötilavaikutus.