Vedenalaisten akustisten muuntimien tyypit ja mallit(1)

Ääniaallot ovat ainoita kantajia, jotka ihmiset ovat oppineet välittämään tietoa ja energiaa pitkiä matkoja laajassa meressä. ihmiset käyttävät sähkömagneettisia aaltoja tutkien kehittämiseen. Samoin ihmiset käyttävät ääniaaltoja tiedon välittäjinä kehittyäkseen vedenalainen akustinen muunnin . Elektroniset laitteet paikannukseen, tunnistamiseen ja viestintään. Valtavan valtameren edessä Sonar-olkapäät ovat tärkeä tehtävä: se on ulottua laajan meren kaikkiin kulmiin, tunnistaa erilaisia ​​asioita, kertoa ihmisille vedenalaisen maailman todelliset kasvot, auttaa ihmisiä tutkimaan valtameren mysteereitä. Vedenalaiseksi viestintänavigointia varten he ovat vesiviljelyn, kalastuksen, meren luonnonvarojen kehittämisen, meren geologisen ja geomorfologisen tutkimuksen, sotilasaseet jne. aloilla. Syy, miksi ääniaalloista tulee paras vedenalainen tiedonvälittäjä, on se, että vesiväliaineessa olevilla ääniaalloilla on pienin vaimennuskerroin verrattuna muihin fysikaalisiin kenttiin, kuten sähkömagneettiseen etenemiseen ja pitkäkestoisiin aaltoihin. Tämä etu tekee kaikuluotaimesta, joka tarkkailee vedenalaista ultraääniaaltojen alusta lähtien. Tavoite alkaa ja kehittyy edelleen. Tällä hetkellä kaikuluotaimen toimintataajuusaluetta on laajennettu laajalle alueelle. Aktiivinen kaikuluotain on kymmenistä hertseistä useisiin kymmeniin megahertseihin. Passiivisen kaikuluotaimen matala taajuus on laajennettu infraäänialueelle. Niin laajalla taajuuskaistalla, määräysten mukaan. Signaalimuoto herättää tärkeän laitteen, joka tuottaa ääniaaltoja ja aistii ja vastaanottaa ääniaaltoja vedessä ilman vääristymiä. Tätä kutsutaan kaikumuuntimeksi tai luotainryhmäksi. Nämä laitteet ovat kaikuluotaimen etulaitteita. Ne ovat myös kaikuluotaimen 'ikkuna' vuorovaikutukseen vesiväliaineen kanssa ja tietojen vaihtamiseen sen kanssa. Ne ovat kaikuluotainjärjestelmä, joten luotainanturia tai luotainryhmää kutsutaan elävästi kaikuluotaimen 'silmiksi ja korviksi'. Luotaintekniikan sovellusalueen jatkuvan laajentumisen myötä sotilaallisen vastakkainasettelun ja operatiivisten tarpeiden parantaminen on saanut uusia periaatteita, uusia tekniikoita ja uusia luotainlaitteita on syntynyt loputtomana virtana. Uuden luotaintekniikan kehitys on johtanut nopeaan kehitykseen vedenalainen ultraäänianturitekniikka . Samat tekniset läpimurrot antureiden alalla ja uusien materiaalien, uusien mekanismien ja uusien rakenteellisten muuntimien kehittäminen ovat myös tehneet luotainjärjestelmästä uuden ilmeen. Tässä on lyhyt katsaus anturitekniikan kehitykseen, se sisältää uuden materiaalin hydroakustisen kaikuanturin, uuden rakenteen ja uuden mekanismin hydroakustisen muuntimen, uuden hydrofonin, laajakaistaisen anturitekniikan jne.

 Uutta materiaalia vedenalainen akustinen muunnin :

The ADCP pietsosähköiset muuntimet on laite, joka toteuttaa energian muuntamisen luotainjärjestelmässä. On olemassa erityinen materiaali, joka pystyy muuttamaan energiaa. Tätä materiaalia kutsutaan toiminnalliseksi materiaaliksi. Anturin valmistukseen käytetyt toiminnalliset materiaalit sisältävät pääasiassa pietsosähköisiä materiaaleja (kuten pietsosähköisiä kiteitä, pietsosähköistä keramiikkaa, pietsosähköisiä polymeerejä jne.) ja magnetostriktiivisia materiaaleja (kuten nikkeli, koboltti, nikkeli-rautaseos, ferriitti, harvinaisten maametallien ferroseos jne.), ne käyttävät keskinäistä sähköistä konversiovaikutusta ja pietsosähköistä ferroseosta jne.). kenttäenergia, magneettikenttäenergia ja mekaaninen energia. Anturiteknologian läpimurto määräytyy pohjimmiltaan toiminnallisten materiaalien teknologisista läpimurroista. Viime vuosina tekniset saavutukset toiminnallisten materiaalien eri osa-alueilla ovat tuoneet mukanaan myös anturiteknologian kehitystä. Vuonna 1963 tohtori Clark havaitsi, että lantanidisarjan harvinaisilla maametallimateriaaleilla on hämmästyttäviä magnetostriktiivisia ominaisuuksia, mutta niitä ei ole otettu käytännössä käyttöön, koska curie-piste on alhaisempi kuin huoneenlämpötila. havaittiin, että harvinaisten maametallien alkuaineilla ja binääri-, kolmi- tai kvaternaarisista seoksista koostuvilla raudoilla on myös supermagnetostriktiivisia ominaisuuksia huoneenlämpötilassa. Edustavin maaseos on Terfenol (komponentit Tb, Dy, Fe).

Siitä on tullut uusi toiminnallinen materiaali, joka on saanut paljon huomiota 1980-luvulta lähtien. ferrosähköinen yksikiteinen vismuttimagnesiumsilikaattimagnaatti-lyijy-titanaatti (PMN-PT) ja lyijyvismuttisitraatti-lyijy-titanaatti (PZN-PT), on uudenlainen komposiittiperovskiittikidemateriaali, joka on myös äkillinen nousu. Uusi luokka toiminnallisia materiaaleja lupaavilla sovelluksilla. Ennen tätä nikkeliä käytettiin yleisesti syvyysantureiden materiaaleissa. Vuonna 1917 ranskalainen tiedemies Lang Zhiwan käytti kvartsikidettä kaikuanturin valmistukseen, mikä loi ennakkotapauksen pietsosähköisten materiaalien soveltamiselle kaikuluotaimeen 1940-luvulla, BaTiO:lla, jolla oli vahvat pietsosähköiset ominaisuudet. Pietsokeramiikkaa kehitettiin menestyksekkäästi ja käytettiin laajasti kaikuluotainjärjestelmissä toisen maailmansodan aikana; 1950-luvulla kehitetty PZT-pietsosähköinen keramiikka kompensoi Ba-TiO:ta, keramiikkaa laajalla käyttölämpötila-alueellaan ja erinomaisella sähkömekaanisella muunnostehokkuudellaan. Harvinaisen maametallin metalliseosmateriaalin, joka oli aikoinaan suositeltu materiaali hydroakustisissa muuntimissa, puutteet ovat suurempia matalissa lämpötiloissa kuin huoneenlämpötilassa, kuten Tb ja Dy0 77 K:ssa. Materiaalin magnetostriktiivisen jännityksen maksimiarvo on 0,65 %, kun taas Tefenol-D:n magnetostriktiivinen jännitys on 25 % huoneenlämpötilassa.

Tietoja ultraäänihydroakustisesta muuntimesta: Harvinaisen maametallin sauvamateriaali asetetaan kylmään ilmakammioon, ja jääkaapin jäähdytystorni kierrättää ja jäähdyttää sitä. Kylmä kaasukammio on varustettu DC-esijännitemagneettikentällä ja viritysmagneettikentällä suprajohtavan materiaalin käämin avulla, ja magnetostriktiivinen sauva viritetään synnyttämään venytysvärähtelyä ja kulkee koneen läpi. Siirtymä välittyy männän säteilevälle pinnalle, ja männän säteilevä pinta työntää vesiväliainetta synnyttääkseen paineaaltosäteilyä. Tyhjiökammio on suunniteltu rakenteeseen, jonka tarkoituksena on eristää lämmönjohtavuus. Tyhjiökammion ulkoseinä on muotoiltu paineenkestävä kansi, joka kestää 10 ilmakehän painetta. Tärkeimmät tekniset parametrit ovat seuraavat: resonanssitaajuus 430 Hz, äänilähteen maksimitaso 181,4 dB, hyötysuhde noin 25 %. Tämän tyyppinen anturi on monimutkainen valmistusprosessissaan. Viime vuosina ihmiset ovat edelleen valmiita käyttämään Terfenol-D-materiaaleja, jotka toimivat huoneenlämmössä, hylkäämällä joitain magnetostriktiivisia kantoja ja korvaamalla ne uusilla rakenteilla säteilytehokkuuden saavuttamiseksi. 

Seuraavassa on lyhyt johdatus useiden rakenteellisten magnetostriktiivisten materiaalien tutkimuksen edistymiseen vedenalainen akustinen anturi s. Pitkittäisanturi on rakenteeltaan yksinkertainen, ja magnetostriktiivinen sauva on yhdistetty etummaiseen säteilypäähän ja hännän massaan muodostamaan yksiulotteinen värähtelyjärjestelmä. Etuosan säteilypää on yleensä kevyttä materiaalia ja hännän massa on yleensä tiheää materiaalia säteilypinnan ja suuremman värähtelysiirtymän saavuttamiseksi. Esittelyssä on kahdenlaisia ​​Terfenol-D materiaaleista kehitettyjä pitkittäismuuntimia. Yksi on yleinen pitkittäisanturi, jonka resonanssitaajuus on 1200 Hz, ääniteho 3 kW ja anturin paino 60 kg. Toinen on harvinaisen maametallin sauvan kaksi päätä. Ne on suunniteltu levennetyiksi kaksipäisiksi säteileviksi pitkittäisiksi muuntimiksi, joiden resonanssitaajuus on 400 Hz, ääniteho 1,5 kW ja anturin paino 100 kg. Tietoja pyöreästä
Ultraääni-syvyysanturianturista, se koostuu useista harvinaisten maametallien sauvoista, jotka ympäröivät säännöllisen monikulmion, ja sarjan suuria pyöreitä säteittäisiä pinta-aloja varten. akustinen säteily. Joka kehitti sarjan harvinaisten maametallien matalataajuisia korkeatehoisia toroidimuuntimia, joiden resonanssitaajuus on 200 Hz (sisähalkaisija 0,56 m, ulkohalkaisija 0,94 m, korkeus 0,37 m, äänilähteen taso 193 dB, paino) 410 kg) ja muuntimen, jonka resonanssin korkeus äänilähteen halkaisija on 30 Hz, 1 mm. 195dB, paino 5t).