Dul Chun Cinn Taighde agus Deiseanna Forbartha na Teicneolaíochta Trasduchtaithe Fuaimiúil Faoi Uisce

Meastar gurb iad tonnta fuaimiúla an t-aon iompróir faisnéise atá in ann achair fhada a thaisteal san aigéan. Tá taighde mara, forbairt acmhainní, agus streachailtí míleata muirí go léir doscartha ó theicneolaíocht fhuaimiúil faoi uisce. Éilíonn forbairt na teicneolaíochta hidreafhuaimneach cineálacha éagsúla trasduchtóirí hidreafhuaimneach chun tacaíocht a sholáthar, agus is é misean na dtrasdaitheoirí hidreafhuaimneach ná tonnta fuaime a tharchur agus a fháil faoi uisce, agus mar sin tugtar 'súile agus cluasa trealamh hidreafhuaimneach ar thrasduchtóirí hidreafhuaimneach. Áirítear le forbairt trasduchtóirí hidreafhuaimneach go príomha cur i bhfeidhm ábhar nua, feabhas a chur ar phróisis theicniúla nua agus próisis nua feidhmíochta a fheabhsú, próisis chuimsitheacha a dhearadh agus a fheabhsú feidhmíochta nua a bhaint amach. den trasducer. Is é an t-éileamh práinneach ó réimse na teicneolaíochta hidreafhuaimneach ná forbairt dhíreach ar chumhacht trasducers hidreacóbach agus an cás, pléigh go hachomair na dúshláin agus na deiseanna forbartha atá os comhair na teicneolaíochta trasdaitheora fuaime faoi uisce atá ann faoi láthair.

 

Tá an trasducer fuaimiúil faoi uisce a thuigeann an chomhshó fuaime agus cineálacha eile fuinnimh nó faisnéise sa mheán uisce; Is cineál braiteoir é is é an trasduchtóir fuaimiúil faoi uisce an trealamh deiridh den chóras sonar, agus is é an t-idirghníomhú idir an córas sonar agus an meán uisce freisin chun faisnéis a mhalartú. Baineann réimse taighde agus forbartha na teicneolaíochta trasducer fuaimiúil faoi uisce le comhtháthú disciplíní il, agus cuimsíonn na disciplíní a bhaineann go dlúth go príomha: fisic, eolaíocht ábhair, matamaitic, meicnic, leictreonaic, ceimic, meicnic, etc., mar sin forbairt trasducers fuaimiúla faoi uisce Tá dlúthbhaint aige le gnóthachtálacha disciplíní bunúsacha eile, agus ag an am céanna tá sé srianta ag forbairt disciplíní éagsúla mo thíre. trasducers hidreafhuaimneach, tagann an spreagadh forbartha is mó ó na ceanglais iarratais i réimse na teicneolaíochta hidreafhuaimneach, ach go dtí deireadh an 20ú haois, bhí easpa foriomlán agus córasach ar fhorbairt na teicneolaíochta trasducer hidreacoustic de mo thír.

 

1.1 Déan taighde ar dhul chun cinn trasduchtóirí ísealmhinicíochta

Mar fhreagra ar na riachtanais phráinneacha a bhaineann le tarchur faisnéise ultra-fhada faoi uisce agus forbairt braite fomhuirí ultra-stealth, tá trasduchtóirí tarchurtha íseal-minicíochta anois ar cheann de na háiteanna is mó imní i réimse na dtrasdaitheoirí fuaimiúla faoi uisce ón 21ú haois. Laghdaíodh banna minicíochta oibre sonar braite agus cumarsáide ultra-fhada eachtrach go dtí thart ar 100 Hz. Tá go leor fadhbanna teoiriciúla agus teicniúla i gceist le trasducers íseal-minicíochta, nach bhfuil réitithe go maith faoi láthair, agus beidh an ghné seo fós ina hotspot taighde agus fócas aird san fhorbairt amach anseo. Roghnaíonn an chuid seo an obair thaighde ar thrasduchtóirí íseal-minicíochta creathadh flexural agus trasduchtóirí teannas flexural, agus déantar achoimre ar na héachtaí teicneolaíochta nua.

 

1.1.1 Trasduchtóir íseal-minicíochta creathadh lúbthachta

Is é an chéad fhadhb theicniúil a bhíonn le sárú ag forbairt trasducers faoi uisce ar mhinicíocht íseal ná an méid geoiméadrach. Go ginearálta, tá minicíocht oibre trasducers athshondach comhréireach inbhéartach leis an méid geoiméadrach. Is é sin le rá, dá ísle minicíocht an trasducer, is mó a bheidh an méid geoiméadrach. Is féidir le creathadh méid geoiméadrach na n-aistritheoirí íseal-minicíochta a laghdú go héifeachtach. I measc na ndearaí nua de thrasduchtóirí creathadh flexural íseal-minicíochta sa tSín le 20 bliain anuas tá trasducers bíomaí cuartha agus trasduchtóirí diosca cuartha den chuid is mó.

 

(1) Trasducer beam lúbthachta. Dear trasduchtóir tarchuradóra leathanbhanda le léas cantilever sorcóireach (Fíor 1a). Comhcheanglaíonn dearadh an struchtúir saintréithe minicíocht mhódúil creathadh flexural íseal agus an modh cúplála creathadh ilmhódaigh chun an banna minicíochta a leathnú. Chai Yong et al. Tá sé beartaithe trasduchtóir fáinne cúplála feadáin-léas (Fíor 1b). Trí bhíoma cuartha a chur leis an trasducer múnlaithe fáinne inleagtha chun struchtúr cúplála feadáin-bhíoma a fhoirmiú, méadaítear an modh oibre éifeachtach. Úsáid cúplála il-mhodh chun tréithe oibríochta íseal-minicíochta agus leathanbhanda a bhaint amach. Glactar leis an struchtúr thar maoil, agus tá a chumas chun brú hidreastatach a sheasamh fíoraithe trí chur i bhfeidhm iarbhír an chaighdeáin intumtha farraige domhain 3 000 m. Tá Xu et al. dhá scéim deartha molta le haghaidh trasducers sorcóireach minicíocht íseal (Fíor 1c agus d), rinne sraith de insamhaltaí, agus thug na cuair freagartha astaíochta tiomáinte ag na hábhair magnetostrictive nua Terfenol-D agus Galfenol. Léiríonn sé acmhainneacht an struchtúir trasducer d'iarratais minicíochta ultra-íseal.

Fíor 1 Dearadh nua trasducer íseal-minicíochta le haghaidh bhíoma cuartha (a), is beam seasta é 0, agus bíomaí sorcóireacha le tiús éagsúla iad 1-5

(3) trasducer diosca lúbtha. Áirítear ar an trasducer diosca cuartha struchtúir trí-chruach, cruach dhúbailte agus mar sin de. Taispeánann Fíor 2a trasduchtóir dlúthdhiosca cuartha comhdhéanta de phéire lannú dúbailte. Tá an obair thaighde eachtrach sách aibí. Déantar taighde domhain ar an struchtúr bunúsach seo den trasduchtóir diosca cuartha. Ag tosú ón struchtúr bunúsach seo, trí dhearadh an seomra leachtach agus an modh tiomána a fheabhsú, tá roinnt dearaí nua curtha le chéile]. Is trasduchtóir diosca cuartha é Fíor 2b atá tiomáinte ag fáinne mósáic. Úsáideann dearadh Fíor 2c trasducers diosca cuartha de mhéideanna éagsúla chun maitrís a fhoirmiú, agus úsáideann sé modhanna tiomána éagsúla chun oibriú leathanbhanda a bhaint amach. Is trasducer diosca cuartha é Fíor 2d le struchtúr cuas thar maoil. Déantar méid an chuas leachta a choigeartú go cuí sa dearadh chun na ceanglais feidhmíochta fuaimiúla a chomhlíonadh. Is trasducer diosca cuartha é atá tiomáinte ag galfenol, a úsáideann struchtúr cosúil le trasducer fadaimseartha chun creathadh lúbthachta an radiating tosaigh a spreagadh 

Fíor 2 Dearadh nua trasduchtóra ísealmhinicíochta le diosca cuartha

1.1.2 Trasduchtóir solúbtha

Thosaigh coincheap an trasducer flextensional ó phaitinn Hayes i 1936. Is é an modh oibre bunúsach ná go dtiomáineann creathadh teileascópacha amháin nó níos mó an bhlaosc creathadh flexural chun radaíocht fuaime íseal-minicíochta a ghiniúint. Tá taighde agus cur i bhfeidhm trasducers flextensional i mo thír gníomhach ó dheireadh an 20ú haois. Tá trasducers flextensional deartha ag taighdeoirí le struchtúir éagsúla. De réir an struchtúir agus an modh excitation, roinntear na trasducers flextensional i dtrí chatagóir. Úsáidtear an modh aicmithe seo chun tabhairt isteach ar leithligh.

 

(2) Trasducer lúbthachta-teannas le struchtúr sorcóireach. Tá an cineál trasducer seo á thiomáint ag vibrator teileascópach fadaimseartha chun an bhlaosc creathadh flexural a aistriú. Is struchtúr aistritheach é bhlaosc creathadh an trasducer, is é sin, blaosc sorcóireach de chruthanna éagsúla, atá á thiomáint ag creathadh teileascópacha fadaimseartha amháin nó níos mó. Lena n-áirítear trasducer flextensional cineál IV agus a struchtúr dífhoirmithe, trasducer flextensional cineál VII, trasducer flextensional ceathairshleasach, etc. Is struchtúr trasducer flextensional cineál IV é Fíor 3a. Forbraíodh an trasducer flextensional cineál IV atá tiomáinte ag ábhar PMNT criostail aonair ferroelectric relaxor. Forbraíodh an trasduchtóir flextensional de chineál IV atá tiomáinte ag an fathach tearc-chré ábhar maighnéadastrictive Terfenol-D. Is é Figiúr 3b dearadh nua an trasducer flextensional cineál VII, atá á thiomáint ag an ábhar maighnéadastrictive fathach tearc-chré Terfenol-D. Tá an modh excitation deartha ag an gcuid is leithne den ghné thrasnach, agus tá péire de chreathadh comhthreomhar deartha chun breathnú domhain a thabhairt ar an gcineál seo trasducer. Áirítear ar an tsraith taighde anailís dearadh prestress, samhaltú teoiriciúil, anailís mhodha, taighde turgnamhach, etc Figiúr 3c dearadh nua feabhsaithe den chineál IV transducer flextensional, atá cosúil le feabhsú dearadh an transducer flextensional cineál I chuig an cineál II trasducer flextensional, ag baint úsáide as struchtúr bhlaosc éilipseacha le ais trasdultach aonair fadaithe é an t-ábhar criostalach fadaithe. PMNT, a bhfuil tréithe oibriúcháin leathanbhanda níos fearr aige ná an trasducer flextensional cineál IV ginearálta. Is é Figiúr 3d an dearadh nua is luaithe chun feabhas a chur ar an trasducer flextensional cineál IV sa tSín - an trasducer flextensional cineál liopa éisc, a úsáideann blaosc éilipseacha in airde athraitheach agus a úsáideann an t-ábhar tearc-chré maighnéadastrictive Terfenol-D tiomáint, tá éifeacht lámh luamháin ag an bhlaosc creathadh speisialta-chruthach seo agus éifeacht aimplithe dúbailte ard-ualaithe. Faoi láthair, tá an trasducer flextensional liopaí éisc Terfenol-D sraitheach agus deartha i struchtúr dúbailte-bhlaosc chun an chumhacht tarchurtha a mhéadú tuilleadh. Is féidir le cumhacht fuaime uasta trasducer aonair 10,000 vata a bhaint amach, rud a fhágann gur trasducer tarchurtha ard-chumhachta íseal-minicíochta baile é Ceann de na cineálacha bunúsacha. Is trasducer flextensional ceathairshleasach excitation orthogonal é Figiúr 3e, a ghlacann feabhas dearadh dlúth, a fhéadfaidh ábhair níos feidhmiúla a chur i méid teoranta agus feabhas a chur ar leibhéal foinse fuaime astaíochta. Is é Figiúr 3f dearadh nua feabhsaithe eile den trasducer flextensional cineál IV, cosúil le feabhsú dearadh an trasducer flextensional cineál I go dtí an trasducer flextensional cineál III, a úsáideann dhá bhlaosc éilipseacha i sraith ar feadh an treo ais fhada. bhlaosc flexural, a chabhródh le cúpláil módúil chun tréithe oibriúcháin leathanbhanda a bhaint amach. Is dearadh nua feabhsaithe é Fíor 3g le haghaidh vibrator excitation an trasducer flextensional cineál IV. Is trasducer flextensional cineál IV é atá á thiomáint ag an vibrator fillte. Is féidir leis an struchtúr seo in éineacht le hábhar tithíochta íseal-rigidity an minicíocht athshondais a laghdú go héifeachtach.

Fíor 3 Trasduchtóir lúbthachta-teannas le struchtúr colún

Tugtar trasducer flextensional cineál gourd air freisin. Déantar staidéar air ar an trasduchtóir flextensional cineál gourd tiomáinte ag PZT agus PZT+Terfenol-D. , Déantar anailís insamhalta ar pharaiméadair shaintréithe astaíochta an excitation comhpháirteacha a dhéanamh. Is trasduchtóir fleisc-teannas feadán cuasach é Fíor 4c atá ar bís ag teaglaim magnetostriction-piezoelectric. Sa dearadh, úsáidtear dhá eilimint excitation, Terfenol-D agus PZT, chun vibrator fadaimseartha ilchodach a chruthú. Taispeánann Figiúr 4d go bhfuil an transducer.it flextensional cuasach-sorcóir ar bís ag an gcruach il-piezoelectric. Faoin mbonn go bhfuil an bhlaosc gan athrú agus go bhfuil méid iomlán an ábhair ceirmeach piezoelectric mar an gcéanna, an anailís ar uimhreacha éagsúla (1-4) thiomáineann chairn piezoelectric Chun an tionchar ar fheidhmíocht an trasducer, dearadh agus forbairt trasducer teannas flexural-feadán cuasach excited ag cruachta piezoelectric triple.

Fíor 4 Trasduchtóir lúbthachta-teannas comhlacht rothlach fada

Trasduchtóir lúbthachta-teannas rothlach comhlacht cothrom. Tá an cineál trasducer seo á thiomáint ag vibrator atá ag leathnú go gathach chun blaosc creathadh lúbthachta rothlach siméadrach a thiomáint. Is struchtúr siméadrach rothlach é sliogán creathadh an trasducer, go ginearálta péire caipíní sféarúla dronnach nó cuasach (nó caipíní sféarúla) nó Tá sé comhdhéanta de dhiosca, etc., á thiomáint ag fáinne nó vibrator diosca atá ag leathnú go gathach, lena n-áirítear trasducer flex-teannas V-chruthach, VI-chruthach flex-chruthach transducer, transducer transtension Small-chruthach a tugadh isteach. trasducer flextensional de chineál V méid-Cymbal agus trasduchtóir flextensional cineál diosca . Is trasduchtóir flextensional V-chruthach beagmhéid é Fíor 5a. Tá péire caipíní deiridh miotail á dtiomáint ag diosca ceirmeach piezoelectric a chreathadh go gathach chun creathadh flexural a tháirgeadh; Is trasduchtóir flextensional cruth diosca é Fíor 5b, a úsáideann PZT- sa dearadh. 4 Tiomáineann an fáinne ceirmeach piezoelectric radaigh polaraithe an diosca cuartha. Tá an diosca roinnte ina 16 earnáil chothroma ar feadh an scoilte gathacha chun cúpláil an chreathadh cliathánach a laghdú. Tá tréithe minicíocht íseal athshondach, méid beag geoiméadrach, agus éifeachtacht ard leictrifhuaimneach ag trasducers flextensional an dá fhoirm struchtúracha seo.

Figiúr 5 Trasduchtóir lúbthachta-teannas rothlach comhlacht cothrom

1.2 Déan taighde ar dhul chun cinn trasduchtóirí leathanbhanda ardmhinicíochta

Chomh maith leis an achar braite mar tháscaire tábhachtach ar threalamh fuaimiúil faoi uisce, is é treo forbartha eile ná an t-uasmhéid faisnéise sprice a fháil mar phríomhchuspóir. Mar shampla, sonar íomhá ardtaifigh, cumarsáid fhuaimiúil faoi uisce ard-ráta sonraí, etc. Éilíonn sé oibriú modh ard-minicíochta, agus tá an banna minicíochta oibre chomh leathan agus is féidir. Mar sin, tá trasduchtóir fuaimiúil leathanbhanda ard-minicíochta faoi uisce tar éis éirí ina phríomhchuid den chóras, cosúil le optaic. Tá lionsa an chórais íomháithe mar an gcéanna.

 

Is é Fíor 6a a trasducer leathanbhanda ard-minicíochta le colún ceirmeach piezoelectric agus ciseal meaitseála. Déantar staidéar ar an gcóimheas idir spásáil ceirmeach piezoelectric le méid ceirmeach agus éifeacht líonadh ábhar ar an bandaleithead. Úsáideann an trasduchtóir leathanbhanda ardmhinicíochta ciseal meaitseála dúbailte atá deartha i bhFíor 6b colúin ceirmeacha piezoelectric chun eagar a fhoirmiú, agus ansin cuireann sé struchtúr ciseal meaitseála dúbailte de chiseal miotail agus ábhar ilchodach roisín chun feidhmíocht astaíochta fuaimiúil leathanbhanda ardmhinicíochta a bhaint amach. Taispeánann Fíor 6c an trasduchtóir leathanbhanda ard-minicíochta ilchodach piezoelectric deartha 1-1-3, atá comhdhéanta de philéar piezoelectric nasctha 1-tríthoiseach agus piléir miotail nasctha 1-tríthoiseach eagraithe go comhthreomhar i maitrís polaiméire nasctha 3-tríthoiseach. Déantar an t-ábhar ilchodach piezoelectric trí chéim a fhoirmiú, agus tá an trasducer tarchurtha leathanbhanda ard-minicíochta forbartha. Taispeánann Figiúr 6d an trasduchtóir leathanbhanda ard-minicíochta ilchodach piezoelectric deartha 1-3, a úsáideann éifeacht cúplála an mhodh creathadh tiús agus an modh creathadh trasnach den chéad ordú chun na saintréithe oibriúcháin leathanbhanda a bhaint amach. Taispeánann Fíor 6e an trasduchtóir leathanbhanda ard-minicíochta fáinne ilchodach piezoelectric deartha. Faightear an fáinne ilchodach piezoelectric tríd an fáinne ceirmeach piezoelectric a ghearradh go gathach agus roisín eapocsa a dhoirteadh. Ansin, faightear dhá fháinne ilchodach piezoelectric le tiús bhalla éagsúla. Tá an fáinne ilchodach forshuite chun trasduchtóir dé-athshondach gathach a chruthú.

 

Fíor 6 Trasduchtóir leathanbhanda ardmhinicíochta