Cineál Nua Trasduchtóir Fuaimiúil Faoi Uisce agus Teicneolaíocht Nua Trasduchtóra

Is iad tonnta fuaimiúla an t-aon iompróir atá ag daoine atá in ann faisnéis agus fuinneamh a tharchur thar achair fhada san aigéan ollmhór. Ar an talamh, úsáideann daoine tonnta leictreamaighnéadacha chun radair a fhorbairt. Ar an gcaoi chéanna, úsáideann daoine tonnta fuaimiúla mar iompróirí faisnéise chun spriocanna faoi uisce a fhorbairt le haghaidh braite, agus trealamh leictreonach le haghaidh suite, sainaitheanta agus cumarsáide-sonóra. Ag tabhairt aghaidh ar an aigéan mór, guaillí sonar misean tábhachtach a shroicheann gach cearn den aigéan mór, a aithint rudaí éagsúla ann, a insíonn do dhaoine an aghaidh fíor an domhain faoi uisce, agus cabhrú le daoine chun iniúchadh a dhéanamh ar rúndiamhra na farraige, d'fhonn a bheith nascleanúint cumarsáide faoi uisce , iascach uisceach, forbairt acmhainní mara, geolaíocht mhuirí agus taiscéalaíocht geomoirfeolaíocht, is é an fáth is fearr i tonnta faisnéise uisce iompróir fuaime. an chomhéifeacht tanúcháin is lú i gcomparáid le réimsí fisiceacha eile cosúil le tonnta leictreamaighnéadacha, agus is féidir é a tharchur thar achair fhada. Déanann an buntáiste seo sonar trí úsáid a bhaint as tonnta ultrasonaic chun breathnú faoi uisce ón tús. Tosaíonn an sprioc agus leanann sé ag forbairt. Faoi láthair, leathnaíodh an banna minicíochta oibre sonar go raon leathan. Leathnaíodh sonar gníomhach ó na deich Hz go dtí na deich MHz, agus leathnaíodh deireadh minicíocht íseal an sonóra éighníomhach go dtí an raon infreafhuaime. I mbanda minicíochta leathan den sórt sin, de réir rialachán, tugtar trasducer sonar nó eagar sonar ar an bhfeiste thábhachtach a spreagann agus a ghineann tonnta fuaime i bhfoirm comharthaí agus céadfaí agus a fhaigheann tonnta fuaime in uisce gan saobhadh. Is iad na feistí seo trealamh tosaigh an chórais sonóra, chomh maith leis an 'fuinneog' don chóras sonar chun idirghníomhú leis an meán uisce agus faisnéis a mhalartú, agus is 'réadaitheoirí' iad d'fheidhmeanna an chórais sonóra, d'aistritheoirí sonóra nó d'eagair sonóra, tugtar 'súile agus cluasa' an chórais sonar air go beoga. Le leathnú leanúnach ar réimse feidhme na teicneolaíochta sonar agus an t-éileamh atá ag síormhéadú ar achrann míleata agus a chomhrac, tá prionsabail nua, teicneolaíochtaí nua, agus trealamh sonar nua tagtha chun cinn ceann i ndiaidh a chéile, ceann i ndiaidh a chéile. Tá riachtanais forbartha na teicneolaíochta nua sonar tar éis forbairt tapa na teicneolaíochta trasducer a thiomáint, agus na cinn teicneolaíochta céanna i réimse na trasducers agus forbairt ábhar nua, meicníochtaí nua agus struchtúir nua de. trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce freisin. tá an córas sonar 'athnuachan' déanta ag Seo forbhreathnú gairid ar stádas forbartha na teicneolaíochta trasducer le blianta beaga anuas bunaithe ar an eolas atá ag an údar agus an leibhéal tuisceana teoranta. Áiríonn sé go príomha trasducer hidreafhuaimneach ábhar nua, struchtúr nua agus meicníocht nua trasduchtóir hidreafhuaimneach, cineál nua hidreafhóin, teicneolaíocht trasducer leathanbhanda agus mar sin de.

 

2 Ábhar nua trasducer fuaimiúil faoi uisce

 

Is gléas é an trasducer a fhíoraíonn tiontú fuinnimh sa chóras sonar. Sa trasducer, tá ábhar speisialta ann a bhfuil an cumas aige fuinneamh a thiontú. Tugtar ábhar feidhmiúil ar an ábhar seo. Áirítear ar na hábhair fheidhmiúla a úsáidtear chun trasducers a dhéanamh go príomha ábhair piezoelectric (cosúil le criostail piezoelectric, criadóireacht piezoelectric, polaiméirí piezoelectric, etc.) agus ábhair magnetostrictive (cosúil le cóimhiotail nicil, cóbalt, nicil-iarann, ferrites, cóimhiotail iarainn cré-annamh, etc.) Etc.), úsáideann siad an éifeacht comhshó réimse maighnéadach nó fuinneamh leictreach idir réimse maighnéadach nó fuinneamh maighnéadach. agus fuinneamh meicniúil. Is é cinn teicneolaíochta na n-ábhar feidhmiúla a chinneann dul chun cinn na teicneolaíochta trasducer go bunúsach. Le blianta beaga anuas, tá éachtaí teicniúla éagsúla i réimse na n-ábhar feidhme tar éis tús a chur le forbairt na teicneolaíochta trasducer freisin. Fuair ​​​​an dochtúir amach go bhfuil airíonna maighnéadastrictive iontach ag ábhair annamh cré lanthanide, ach níor úsáideadh iad go praiticiúil toisc go bhfuil an pointe curie níos ísle ná teocht an tseomra. Níos déanaí, fuarthas amach go bhfuil airíonna maighnéadastrictive ollmhór ag teocht an tseomra ag cóimhiotail dhénártha, thrínártha nó ceathartha atá comhdhéanta d'eilimintí tearc-chré agus iarann. Is é Terfenol-D an cóimhiotal tearc is ionadaí (is é Tb0.27Dy0.73Fe1 an comhdhéanamh). 95), tá sé ina chineál nua d'ábhar feidhmiúil a tharraing aird go leor ó na 1980í. Is cineálacha nua d'ábhair ilchodacha criostail perovskite iad maignéisiam niobate-luaidhe titanate (PMN-PT) maignéisiam niobate-luaidhe titanate luaidhe-criostail ferroelectric (PMN-PT) agus titanate niobate-luaidhe since luaidhe (dá ngairtear PZN-PT), agus tá siad ag teacht chun cinn freisin aicme d'ábhair fheidhmiúla nua le hionchais iarratais iontach. Roimhe seo, baineadh úsáid as nicil go coitianta mar ábhar le haghaidh trasducers. I 1917, rinne an t-eolaí Francach Langevin trasduchtóir sonar le criostail Grianchloch, ag leagan fasach maidir le cur i bhfeidhm ábhair piezoelectric sa sonar sna 1940í , d'éirigh le forbairt criadóireacht BaTiO3 pzt le hairíonna piezoelectric láidir agus úsáideadh iad go forleathan i gcórais sonar . Tá raon teochta oibriúcháin leathan agus airíonna leictrimheicniúla den scoth ag na criadóireacht piezoelectric PZT a forbraíodh sna 1950idí. Déanann an éifeachtacht chomhshó suas le haghaidh neamhdhóthanacht criadóireacht Ba TiO3 agus bhí sé ina rogha ábhar do thrasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce tráth. Ina measc, is é PZT-8 an t-ábhar ceirmeach piezoelectric le dlús ardfhuinnimh. Comparáid shimplí ar na hábhair thuas: Is féidir le Terfenol-D, PMN-PT, PZN-PT brú a tháirgeadh thart ar 5 huaire níos mó ná PZT-8 agus 50 uair níos mó ná nicil; is iad na tairisigh piezoelectric de PMN-PT agus PZN-PT ná d33. Tá sé 6-8 huaire níos mó ná ábhar PZT-8. Tá úsáid na n-ábhar pzt seo chun trasduchtóirí fuaimiúla nua faoi uisce a fhorbairt ar cheann de na hábhair te atá ann faoi láthair.

 

Ábhar maighnéadach de Is annamh a bhíonn trasduchtóir fuaimiúil sorcóra faoi uisce , a úsáideann ábhar maighnéadastrictive fathach an domhain éifeacht maighnéadastrictive chun an comhshó idir fuinneamh réimse maighnéadach agus fuinneamh meicniúil a bhaint amach, agus úsáidtear é go príomha chun trasduchtóirí astaíochtaí fuaimiúla faoi uisce íseal-minicíochta agus ardchumhachta a fhorbairt. Tá sé ar chineál an 'casta' struchtúr an trasduchtóir-teocht ard-trasduchtóir seoltaí hidreafhuaimneach magnetostrictive. Ó thaobh struchtúr an trasducer, tá a struchtúr an-simplí. Is gnáth-thrasduchtóir fadaimseartha dé-radaitheora é. Tagraíonn an 'casta' mar a thugtar air anseo dá bhrí fhisiceach shaibhir. Is é an chumhacht maighnéadastrictive na n-ábhar cóimhiotail tearc-chré ag teocht íseal níos mó ná sin ag teocht an tseomra. Mar shampla, is é 0.65% an brú magnetostrictive uasta de Tb0.6Dy0.4 ag teocht 77K, agus tá Terfenol-D ag teocht an tseomra. Is é 0.25% an brú magnetostrictive is airde. D'fhorbair ábhar Tb0.6Dy0.4 trasdaitheoir hidreafhuaimneach magnetostrictive le raon teochta 50-60K: cuirtear an t-ábhar slat-chruthach cóimhiotail annamh-chré sa seomra aerchóirithe, agus déantar túr fuaraithe an chuisneora a fhuaraithe go timthriallach, agus cuirtear corna ábhar superconducting ar fáil don seomra aerchóirithe. Spreagann an réimse maighnéadach claonta agus an réimse maighnéadach excitation an slat magnetostrictive chun tonnchrith síneadh a tháirgeadh, a tharchuirtear chuig an dromchla radiating cineál loine tríd an bpíosa trasdula meicniúil, agus brúnn an dromchla radiating cineál loine an meán uisce chun radaíocht tonn brú a ghiniúint. Tá seomra folúis deartha sa struchtúr chun seoladh teasa a leithlisiú. Is clúdach brú-resistant cruth cruinneachán é balla seachtrach an tseomra folúis, ar féidir leis brú 10 n-atmaisféar a sheasamh. Is iad seo a leanas na príomh-pharaiméadair theicniúla: minicíocht athshondais 430 Hz, leibhéal foinse fuaime uasta 181. 4db, tá an éifeachtacht thart ar 25%. Tá an próiseas déantúsaíochta den chineál seo trasducer casta. Le blianta beaga anuas, tá daoine fós sásta úsáid a bhaint as ábhar terfenol-D a oibríonn ag teocht an tseomra, roinnt brú magnetostrictive a thréigean, agus struchtúr nua a chur ina ionad chun feidhmíocht radaíochta den scoth a bhaint amach. Seo a leanas réamhrá gairid ar dhul chun cinn taighde roinnt ábhar maighnéadastreach struchtúrach in trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce. Tá struchtúr simplí ag an trasducer fadaimseartha. Cuirtear an tslat maighnéadstreachtach le chéile leis an gceann radiating tosaigh agus mais eireaball chun córas creathadh aontoiseach comhchosúil a chruthú. Go ginearálta tá an ceann radiating tosaigh déanta as ábhair éadroma, agus déantar an mais eireaball go ginearálta d'ábhair dhlúth chun dromchla radiating a bhaint amach. Aschur díláithriú creathadh níos mó. Tugtar isteach dhá thrasduchtóir fadaimseartha a forbraíodh le hábhair Terfenol-D. Is trasducer fadaimseartha ginearálta é ceann amháin le minicíocht athshondais de 1200 Hz, cumhacht fuaime 3 kW, agus meáchan trasducer de 60 kg; is é an ceann eile an tslat tearc-chré ag an dá cheann. Deartha mar thrasduchtóir fadaimseartha radiating dhá cheann cruth adharc, is é 400 Hz an minicíocht athshondais, is é 1.5 kW an chumhacht fuaime, agus tá meáchan an trasducer suas le 100 kg. Trasduchtóir fáinne-chruthach: polagán rialta timpeallaithe ag roinnt slata tearc-chré, agus tá sraith de dhromchlaí stua ciorclach ar bís ag an bpíosa aistrithe chun creathadh gathacha a dhéanamh chun radaíocht fhuaimiúil ard-chumhachta a bhaint amach. Forbraíodh sraith de thrasduchtóirí toroidal ard-minicíochta íseal-chruinne annamh lena n-áirítear trasducers le minicíocht athshondach 200 Hz (trastomhas istigh 0.56m, trastomhas seachtrach 0.94m, airde 0.37m, leibhéal foinse fuaime 193dB, meáchan 410kg) Agus minicíocht transducerdia le airde 3 Hz, 2 Hz 1.1m, leibhéal foinse fuaime 195dB, meáchan 5t). Is cineál trasducer é transducer flextensional a úsáideann an tonnchrith fadaimseartha de chruach ceirmeach piezoelectric nó slat magnetostrictive chun an dromchla radaíochta bhlaosc (nó bhíoma bairille) a spreagadh le héifeacht aimplitíochta aimplitiúid le haghaidh creathadh lúbthachta. Liostaítear roinnt trasduchtóirí a úsáidtear go coitianta Cineálacha trasduchtóirí flextensional, a bhfuil na tréithe céanna ag I, II, agus III ina measc. Spreagann an tslat creathadh fadaimseartha blaosc cuartha siméadrach rothlach. Is féidir leis an bhlaosc a bheith ina struchtúr leanúnach nó ina struchtúr atá gearrtha i ngrúpa bíomaí. Bhain Purcell úsáid as ábhar Terfenol-D chun trasduchtóir lúbthachta teannas bhíoma bairille cuasach (cineál III) a fhorbairt le minicíocht athshondais 1300 Hz, leibhéal foinse fuaime 188.7 dB, agus bandaleithead de 600 Hz. Mar gheall ar úsáid a bhaint as ciorcad maighnéadach oscailte slat amháin, is é an minicíocht athshondas ná an éifeachtacht leictreafhuaim uasta AC ach 7%, agus is é meáchan an trasducer 2.7kg. Tá tréithe coitianta ag trasducers flextensional liopaí éisc. Tá an trasducer sceitimíní ag slat creathadh fadaimseartha chun an sliogán éilipseach dronnach nó cuasach a flexiú chun radaíocht ardchumhachta a bhaint amach. Glacann an trasducer flextensional liopaí éisc an éifeacht aimplitiúid aimplitiúid. Méadaíonn an éifeacht ualú le hachar an chumhacht radaíochta fuaime.Reported an cineál nua seo íseal-minicíocht ard-chumhachta trasducer fuaimiúil faoi uisce, lena n-áirítear an minicíocht athshondach de 210Hz, 450Hz, 800Hz agus 1200Hz, torthaí taighde an cineál nua seo de transducer úsáidtear faoi láthair i minicíocht íseal-minicíocht gníomhach eagair fuaime sonóra, acadaí fuaimiúla.

 

Ábhar fearóleictreach scíthe trasducer fuaimiúil faoi uisce

 

Is cineál ábhar feidhme féideartha iad ábhair Relaxor ferroelectric, is féidir a roinnt ina chineálacha ceirmeacha leictreastatacha agus cineálacha criostail aonair ferroelectric relaxor. Tá an próiseas déantúsaíochta de chriostail aonair fearóleictreach suaimhneach i bhfad níos casta ná mar a bhaineann le hábhair ceirmeacha leictreastatacha. D'úsáid taighdeoirí na hábhair seo chun go leor cineálacha trasducers a dhéanamh, mar shampla trasducers flexural, trasducers fadaimseartha agus mar sin de. Tá an teicneolaíocht déantúsaíochta trasducer den chineál seo ábhar níos casta, agus is gá réimse leictreach claonta DC a chur leis, prestress a chur i bhfeidhm, agus teocht an phróisis a rialú. Le húsáid PMN-PT-BT (titanate maignéisiam niobate-luaidhe titanate-barium titanate) d'fhorbair an transducer flextensional cineál IV. Léiríonn na torthaí taighde nach bhfuil an trasducer forbartha tar éis uasmhéadú a dhéanamh ar acmhainneacht an ábhair. Beidh an obair seo fós ar cheann de na spotaí te a chaithfear a iniúchadh i réimse na n-aistritheoirí fuaimiúla faoi uisce ar feadh tréimhse ama. Ag baint úsáide as ábhar criostail aonair ferroelectric relaxor PMN-PT chun staidéar a dhéanamh ar 64 cainéal de thaiscéalaí ultrafhuaime 3.5MHz, a úsáidtear i dtrealamh íomháithe ultrafhuaime dath B-ultrafhuaime agus Doppler leighis, ag moladh go gcuirfí ábhar criostail aonair ferroelectric relaxor i sonóra íomhá ard-minicíochta.

 

Scannán piezoelectric polaiméire is féidir trasducer fuaime sféarúil faoi uisce a dhéanamh i membrane solúbtha, agus is féidir an trasducer a dhearadh i gcruth ar bith nuair a bhíonn an trasducer á dhéanamh, agus tá impedance fuaimiúil an ábhair íseal, agus is furasta impedance a bhaint amach le huisce agus meáin sreabhach eile agus fíocháin bhitheolaíocha. Meaitseáil, a úsáidtear go minic chun hidreafóin chaighdeánacha ard-minicíochta a dhéanamh, trasduchtóirí ard-minicíochta, trasduchtóirí ultrafhuaime leighis, eagair comhréireacha agus eagair trasduchtaithe ilchodacha éagsúlaithe, Is é an polaiméir piezoelectric a úsáidtear go coitianta chun trasduchtóirí a dhéanamh ná fluairíd pholaivinilideine (PVDF). Faoi láthair, tá an scannán ábhar polaiméire piezoelectric níos fabhraí EMFi (giorrúchán ar electromechanicalfil), ar chineál an cúr polapróipiléine scannán solúbtha, tá a tairiseach piezoelectric thart ar 10 n-uaire níos mó ná PVDF, is féidir a úsáid chun a dhéanamh trasducers ard-íogaireacht. Tá trastomhas dromchla glactha 35mm ag struchtúr an trasdaitheora scannán tanaí EMFi, agus tá íogaireacht glactha an trasdaitheora níos mó ná -190dB (is é an luach tagartha ná 1V/μPa). Is féidir trasduchtóir den chineál seo a úsáid san aer freisin chun tonnta fuaime a ghlacadh nó a astú.

 

Tabhairt isteach struchtúr nua trasducer fuaimiúil faoi uisce agus meicníochtaí trasduchtúcháin éagsúla. Tá ábhair fheidhmiúla tábhachtach sa trasducer, ach ní mór iad a imirt le struchtúr oiriúnach. Dá bhrí sin, is cosúil go bhfuil tábhacht ar leith ag dearadh struchtúrach an trasducer i bhforbairt na teicneolaíochta trasducer. tábhachtach. De réir réimsí iarratais éagsúla agus ceanglais theicniúla éagsúla, nó de réir saintréithe meicníochtaí trasduchtúcháin éagsúla agus ábhair fheidhmiúla, tá cineálacha éagsúla trasducers tar éis teacht amach ceann i ndiaidh a chéile, agus cuireann go leor acu teicneolaíochtaí ildisciplíneacha le chéile chun talamh nua a bhriseadh i gcomhpháirt Deacrachtaí teicniúla chun freastal ar roinnt ceanglais theicniúla speisialta. Is sampla tipiciúil é an trasduchtóir hidreafhuaimneach maighnéadosttrictive superconducting superconducting. San ábhar roimhe seo den airteagal seo agus na cineálacha trasducers atá le tabhairt isteach níos déanaí, is struchtúir nua agus meicníochtaí nua trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce iad go leor freisin. Chun nach ndéanfaí an athuair, ní luann an chuid seo ach dhá shampla dearaidh eile de struchtúir nua.

 

Is cineál trasducer struchtúr nua é trasducer cineál cymbal (cymbal) cosúil le trasducer flextensional. Tá gach trasduchtóir cineál ciombal comhdhéanta de phéire diosca ceirmeach piezoelectric PZT agus ceann Tá an caipín miotail nasctha le chéile. Cuireann an diosca ceirmeach piezoelectric PZT voltas ailtéarnach i bhfeidhm chun creathadh gathacha a ghiniúint chun an caipín miotail le haghaidh creathadh lúbthachta a ghríosadh, agus táirgeann caipín miotail ardaithe an trasdaitheora creathadh malartach ar 'crapadh méadaithe'. Tonnta fuaime radaíochta. Nuair a ghníomhaíonn an tonn brú malartach céanna ar an gcaipín miotail, déanfar an brú a tharchur chuig an diosca ceirmeach piezoelectric PZT, agus tá an voltas ailtéarnach aschuir ag dhá phóil an diosca ceirmeach, a úsáidtear mar thrasduchtóir glactha. Is é 16.1kHz minicíocht athshondach an trasdaitheora cineál ciombal in uisce, agus is é 130dB an freagra voltas astaithe (is é 1μPa/V an luach tagartha, ag 1m). Taispeánann Figiúr 5 freisin an grianghraf den mhaitrís 9-eilimint comhdhéanta den chineál seo trasducer. . Sa trasducer piezoelectric cineál earrach coil, déantar an criadóireacht piezoelectric a phróiseáil i gcruth earrach coil (mar a thaispeántar i bhFíor 6), antá trasducer ceirmeach piezoelectric polaraithe sa treo tadhlach, agus ansin tógtar péire leictreoid excitation. Tá an t-alt neodrach gan aon leictreoidí sa lár scartha chun péire leictreoid fáinne seachtrach 1 agus péire leictreoid fáinne istigh 2 a fhoirmiú (féach an léaráid scéimreach méadaithe de bhlúire beag i bhFíor 6). Ar an mbealach seo, cuirtear an voltas excitation V i bhfeidhm ar an bpéire leictreoid, déanfaidh an chuid den cheirmeach piezoelectric atá á rialú ag an bpéire leictreoid fáinne seachtrach agus an péire leictreoid fáinne istigh creathadh os coinne (síneadh nó crapadh), agus déanfaidh gluaiseacht leathnú agus crapadh an chórais earraigh an dromchla oibre loine a thiomáint chun fuinneamh fuaime a chreathadh. Mar gheall ar stiffness íseal an struchtúir seo, tá minicíocht athshondach íseal aige agus is féidir é a úsáid mar thrasduchtóir tarchurtha íseal-minicíochta. Nuair a úsáidtear é mar ghlacadóir, tá ard-íogaireacht aige freisin i mbandaí minicíochta íseal. Ag tosú ón gcothromóid piezoelectric, fuarthas caidreamh comhshó leictrimheicniúla den chineál seo trasdaitheora, agus rinneadh roinnt taighde taiscéalaíoch.

 

Réamhrá ar mheicníochtaí comhshó fuinnimh éagsúla i dtrasdaitheoirí fuaimiúla faoi uisce Ó thaobh an chomhshó fuinnimh, is féidir trasducers a roinnt go príomha i trasducers piezoelectric a úsáideann éifeacht piezoelectric chun comhshó fuinnimh agus maighnéadacha a úsáideann éifeacht magnetostrictive a bhaint amach chun comhshó fuinnimh a bhaint amach. Trasduchtóirí inghnóthaithe, is leis an dá chineál seo na trasduchtóirí a bhaineann leis an ábhar thuasluaite.