Yleiskatsaus syvän veden matalataajuisten lähetysten vedenalaisten akustisten muuntimien kehitykseen

Meritutkimuksen kehittyessä on olemassa laaja kysyntä antureille, jotka voivat toimia syvässä vedessä. Syvän veden anturit asennetaan useimmiten erilaisiin itsenäisiin vedenalaisiin alustoihin,

alusta mahtuu rajoitettuun tilavuuteen ja painoon sekä virtalähteen kapasiteettiin, matalataajuinen muunnin vaaditaan täyttämään pienen koon, keveyden, korkean hyötysuhteen ja korkean hydrostaattisen paineenkestävyyden ominaisuudet.

Tämä artikkeli esittelee matalataajuisten syvänmeren muuntimien tutkimuksen edistymistä kotimaassa ja ulkomailla, mukaan lukien muuntimien yleisimmät tyypit, niiden ominaisuudet ja kehitysongelmat tutkijoiden viitteeksi.

liittyvät kentät.196dB ja paino on 2800kg; 65Hz erittäin matalataajuinen ääni Lähteen maksimi lähdetaso on 203dB ja paino 1900Kg. Sen suurin haitta on, että sitä rajoittavat kaarevan kiekon rakenteelliset ominaisuudet ja työsyvyyttä on vaikea saavuttaa 1000 metriin.

 

2.2 Janus-Helmholtz anturi

Janus-Helmholtz-anturi voidaan myös katsoa kuuluvan Helmholtz-anturityyppiin. Sen tyypillinen muoto on, että kaksipäinen pitkittäisvärähtelijä virittää molemmista päistään jäykkiä sylinterimäisiä kuoria käyttämällä nesteontelotaajuutta ja säteittäistä värähtelytaajuutta kaksoisresonanssihuipun muodostamiseksi. Pääosa on pitkittäinen värähtelyanturi, joka voi säteillä molemmille puolille (kutsutaan Janus-anturiksi). Janus-anturin säteilypään ulkopuolelle sijoitetaan pari lieriömäistä vaippaonteloa ja onkalon ja Janus-anturin ympäröimä tila Muodostuu Helmholtzin resonanssiontelo, joka toimii Janus-anturin pitkittäisvärähtelyn viritteen alla. Sen rakenne voi toimia syvemmässä vedessä ilman paineentasauslaitteita. , Nesteontelon resonanssitilan ja pitkittäisvärähtelytilan kytkentää hyödyntäen sillä on matalataajuiset, laajakaistaiset, suuret tehoominaisuudet ja samalla suhteellisen pieni koko, joka sopii käytettäväksi syvänmeren matalataajuisena äänilähteenä. IXBLUE on kehittänyt erilaisia täyssyviä Janus-Helmholtz-antureita JH250-6000, JH650-6000 jne. JH250-6000-anturin toimintataajuusalue on 200Hz-1050Hz, kokonaiskoko on Φ 72*11cm äänilähde ja paino on 24 cm. yli 196 dB; JH650-6000-anturin toimintataajuus on 580Hz-2020Hz, ulkomitta on Φ 45 * 61 cm ja paino 90 kg. Äänilähteen taso on yli 196 dB; sen puutteita ovat suuret vaihtelut bändissä.

 

Myös monet kotimaiset yksiköt ovat tehneet vastaavia tutkimuksia Janus-Helmholtz-antureista. Tämän tyyppisillä antureilla on suhteellisen pieni koko ja paino matalataajuisen työskentelyvaikutuksen saavuttamiseksi, ja teoriassa anturin suorituskyky ei muutu syvyyden mukaan ja sillä on hyvät käyttömahdollisuudet. Suurin ongelma on, että nesteontelon resonanssimoodilla on korkea Q-arvo, mikä johtaa teräviin johtavuus- ja vastekäyriin lähellä nesteontelon resonanssihuippua, mikä ei edistä sovitusverkon suunnittelua ja jolla on tietty vaikutus laajakaistan toimintaan. Hangzhou Institute of Applied Acoustics on tutkinut JH-muuntimien ongelmia ja parantanut tehokkaasti perinteisten Janus-Helmholtz-anturien kahta resonanssimoodikytkentäongelmaa sekä parantanut anturin kaistanleveyttä ja toimintataajuuskaistaa. Lähetysjännitevasteen tasaisuus. Valmistetun prototyypin anturin toimintataajuus on 400–700 Hz, nesteontelon huippu 480 Hz, lähetysjännitteen vastekaistanleveys (6 dB) yli 200 Hz ja äänilähteen maksimitaso 205 dB. Suhteellisen korkean taajuuden prototyypin työtaajuusalue on 700–1400 Hz, nesteontelon huippu on 760 Hz, lähetysjännitteen vastekaistanleveys (6 dB) on yli 500 Hz ja äänilähteen enimmäistaso on 200 dB.

 

2.3 Janus-Hammer Bell -anturi

 

Vuonna 2013 syvän veden anturi, joka on aivan erilainen kuin perinteinen JH-anturi. Se sisältää erityisesti kaksisuuntaisen säteilevän pitkittäisvärähtelyanturin ja jäykän sylinterimäisen kuoren, joka on asennettu jäykkään sylinteriin. Keskimassalla. Mekanismi piilee kaksipäisen pitkittäisvärähtelytilan ja toroidaalisen tilan (kaksi alumiinirengasta) kytkemisessä. Pitkittäinen värähtely saa ontelossa olevan nesteen värähtelemään, jolloin jäykkä sylinterimäinen kuori resonoi. Pitkittäinen tila on yhdistetty kuoren säteittäiseen muotoon. Laajakaistasäteilyn saavuttamiseksi kaistan sisäinen taso on periaatteessa suuntaamaton. Käytä tätä anturia pitkän matkan äänen etenemiskokeen suorittamiseen. JHB-anturi asetetaan kanavan akselille (noin 1000 m), ja 20 juanin pystysuoraa vastaanottojärjestelmää käytetään 1000 km:n signaalin vastaanottamiseen onnistuneesti.

2.4 Ylivuotorengasanturi

 

Ylivuotorengasanturi on yleinen syvänmeren anturityyppi keski- ja matalataajuuskaistoilla. Keraamisen renkaan sisä- ja ulkopinnat on tiivistetty vesitiiviillä materiaaleilla (polyuretaanilla tai vulkanoidulla kumilla). Rakenteeseen kohdistuva hydrostaattinen paine on itsetasapainotettu, eikä työsyvyyttä teoriassa rajoita veden syvyys. Samanaikaisesti toroidaalisen anturin nesteontelon koon kohtuullinen suunnittelu voi herättää matalataajuisen nesteontelon resonanssihuipun ja yhdistää itse toroidin säteittäiseen resonanssiin monimuotoisen laajakaistaisen työskentelyn aikaansaamiseksi. Yleensä toimivat taajuusalueella 1kHz ~ 10kHz. Alle 1 kHz:n taajuuskaistoihin on tehtävä suurikokoisia mosaiikkirenkaita, mikä vaatii korkeaa kokoonpanotekniikkaa. Ulkomailla raportoidulla ylivuotorengasanturilla on toimiva taajuusalue 250Hz-1kHz ja äänilähde. Taso on 197dB, halkaisija 1m, korkeus 1,6m ja paino noin 800kg.

lan 'syvänmeren akustisen tomografian latenttistandardi' ja on saavuttanut alustavia tuloksia, mutta parantamisen varaa on vielä. Laitteen toimintataajuusalue on 400Hz ~ 550Hz, lähetysjännitevaste on 132dB ja äänilähteen maksimitaso 182dB. Perustuu tämän anturin kahteen syvänmeren akustiseen tomografiseen sukellusvenekohteeseen, matalataajuinen (500Hz), syvävesi (1000m kanavan akselin syvyys), pitkäaikainen (3 kuukautta päivystysaika) akustinen signaalilähetys ja akustisen signaalin vastaanotto pystyprofiilissa 300m syvyydessä. Hyödyllisyysmallipatentissa ylivuoto-flex-tension-anturille, paineenkestävänä materiaalina käytetään jäykkää vaahtomuovia, resonanssitaajuus on 2,4 kHz ja lähetysjännitevaste on 126 dB. Harbin Engineering University ehdotti patentissa 'Vaihekäänteinen syvänmeren taipuisa vedenalainen akustinen anturi'. Asentamalla puoliaallonpituisia käänteisiä putkia IV-tyypin taipuisantureiden molempiin päihin, ylivuototyyppisen taipuisanturianturin sisäinen säteily säteilee. Äänenpainevaihe on käännetty 180 astetta, mikä säätelee äänenpainevaihetta taivutussäteilevän vaipan sisällä siten, että käänteisen putken suuttimen sisäpuolelta säteilevä äänenpaine on samassa vaiheessa kuin tärisevän vaipan ulkopuolelta säteilevä äänenpaine, mikä voittaa perinteisen Ylivuototyyppisen flexertin alhaisen säteilytehokkuuden ongelman. Tämän rakenteen ansiosta anturissa on kolme samanvaiheista säteilevää pintaa, eli elliptinen tasomännän säteilevä pinta molemmissa päissä ja kuoren säteilevä pinta joustava jännitysanturin muodostaen kolmivaiheisen matriisimoodin, joka mahdollistaa flextensionaalisen transduktion. Laite muodostaa kahdeksansuuntaisen suuntaavuuden, mikä tekee siitä suunnatun emission ominaisuudet.

2.6 Kaasukompensoitu matalataajuinen anturi

 

Yhdysvaltalainen Alliant Techsystems -yhtiö kehitti erittäin matalataajuisen, suuritehoisen vedenalaisen akustisen muuntimen HX-554 vuosien 1993-1994 valtameren ilmaston akustiseen lämpömittariin (ATOC). Muunnin koostuu 10 pietsosähköisestä kidepinosta, joiden pituus on 1085 mm, leveys 119 mm ja paksuus 53 mm (jokainen kidepino on valmistettu 92 pietsosähköisestä keraamisesta neliömäisestä levystä, jotka on liimattu yhteen, ja kidepinon keskelle on lisätty osa passiivista materiaalia) ämpäriin. Muotoiltu rakenne, jonka sisällä on puhallettava pussi hydrostaattisen paineen tasapainottamiseksi, ja työsyvyys voi olla 1000 metriä. Muunnin käyttää pietsosähköistä pinon taivutusvärähtelyä vaakasuuntaisten ei-suuntaisten ääniaaltojen lähettämiseen. Resonanssitaajuus on 75 Hz, toimintakaistanleveys 57-92 Hz ja äänilähteen maksimitaso on 197 dB (ääniteho 420 W, CW-pulssi); anturin kokonaiskoko on 2,06 pitkä. m, halkaisija 0,94 m, 2300 kg ilmassa, 770 kg vedessä, plus tukirakenne ja täyttöjärjestelmä, kokonaispaino on 5500 kg.

 

2.7 Hydrodynaaminen äänilähde

Nestekäyttöinen äänilähde käyttää hydraulikäyttöä tärinän synnyttämiseen, ja sen ominaisuudet ovat erittäin matalataajuinen säteily, laaja työtaajuus, pitkä työisku ja suuri työntövoima. Hydroacousticsin kehittämän hydraulisen äänilähteen HLF-1 toimintataajuus on 20Hz-2kHz, äänilähteen taso voi nousta 196dB 260Hz resonanssilla ja sen enimmäiskoko on 1m. Kehitetyssä HLF-4 hydraulisessa äänilähteessä on yksi äänilähde, jonka äänilähdetaso on 206 dB, resonanssitaajuudella 57 Hz ja kaistanleveydellä 14 Hz. Matriisin muodostamiseen käytetään 5 äänilähdettä ja äänilähteen taso on saavuttanut 221 dB. Se on kuuluisa vuonna 1991. Tätä anturia käytettiin Heard Islandin valtameren lämpötilan mittaustestissä, ja akustisen signaalin etenemisetäisyys on 18 000 km.

 

3 Johtopäätös

Erityyppisillä syvänmeren matalataajuisilla lähetysantureilla on suuria eroja koossa, painossa ja syvässä akustisissa ominaisuuksissa. Erilaisten kaikulaitteiden tarpeita on mahdotonta täyttää yhdellä anturilla. Esimerkiksi ylivuotorengasanturilla on hyvä suorituskyky. Syvän veden vakaus, koko tilan peittosuuntaisuus, parempi laajakaistavaikutus, mutta vastaava koko ja paino ovat suhteellisen suuria; JH-anturi saavuttaa matalataajuisen ja laajakaistaisen toiminnan suhteellisen pienellä volyymilla, mutta sen suunta muuttuu enemmän taajuuden mukana. Suuria, ja taajuuskaistalla on usein syviä 'laaksoja', millä on tietty vaikutus todelliseen käyttövaikutukseen. Hankkeen todellisten tarpeiden mukaan tulee ottaa kokonaisvaltaisesti huomioon soveltuvuuden, äänilähteen tason, suuntaavuuden, laajakaistan toiminnan jne. vaatimukset ja valita sopiva syvänmeren matalataajuinen lähetysanturi.