Nuálaíocht Theicneolaíoch i bhForbairt Trasduchtóirí Fuaime Faoi Uisce(1)

Nuálaíocht Theicneolaíoch i bhForbairt Trasduchtóirí Fuaime Faoi Uisce

 

 

Is é an t-aigéan 70.8% d'achar dromchla an domhain. Is é an t-aigéan mór an stór acmhainní is mó ar domhan, agus is áit thábhachtach é an t-aigéan freisin le haghaidh streachailtí míleata idirnáisiúnta. Tá taighde, forbairt agus úsáid an aigéin doscartha ó thonnta fuaime. Is iad tonnta fuaime an t-aon iompróir faisnéise ar féidir leo achair fhada a thaisteal san aigéan. Taiscéalaíocht agus forbairt acmhainní mara, trasducer cumarsáide faoi uisce agus loingseoireacht long, braite agus aithint spriocanna faoi uisce, monatóireacht ar an gcomhshaol, agus . réamhaisnéis nádúr nádúrtha agus mar sin de go léir ag brath ar theicneolaíocht fhuaimiúil faoi uisce chun é a bhaint amach Éilíonn forbairt na teicneolaíochta fuaimiúla faoi uisce tacaíocht ó gach cineál trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce. Is é misean na n-aistritheoirí fuaimiúla faoi uisce ná tonnta fuaime a tharchur agus a fháil faoi uisce, mar sin tugtar 'súile agus cluasa trealaimh fhuaimiúil faoi uisce' air, ar féidir a rá gur trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce iad. Léiríonn breith ' H ' tús le forbairt na teicneolaíochta hidreafhuaimneach. Is réamhriachtanas agus bunús tábhachtach é dul chun cinn teicniúil na dtrasduchtóirí hidreafhuaimiúla chun teicneolaíocht hidreafhuaimneach a fhorbairt go mear(1)

 

Tá an ní ábhar simplí iargúlta é trasduchtóir fuaimiúil faoi uisce , ach réimse teicniúil ildisciplíneach. Áirítear ar na hábhair a bhaineann go dlúth go príomha: fisic, eolaíocht ábhair, matamaitic, meicnic, leictreonaic, ceimic, eolaíocht mheicniúil, etc., mar sin fuaimíocht faoi uisce Cé nach bhfuil ach stair níos mó ná céad bliain d'fhorbairt ag an trasducer, tá sé anois ina réimse ábhar bríomhar. Is é an gá práinneach ó réimse na teicneolaíochta hidreafhuaimneach an fórsa tiomána díreach d'fhorbairt trasduchtóirí hidreafhuaimneach, agus is é forbairt ábhair fheidhmiúla agus dul chun cinn teicneolaíochta an bunús ábhartha is tábhachtaí maidir le forbairt trasduchtóirí hidreafhuaimneach. Le linn stair forbartha na n-aistritheoirí hidroacoustic, chun na ceanglais theicniúla atá ag méadú i gcónaí i réimse na hidreafhuaimice a chomhlíonadh a mhéid is mó, tá na hábhair fheidhmiúla comhfhreagracha á nuashonrú i gcónaí. Tá taighde iarratais speisialta déanta ag daoine ar shaintréithe na n-ábhar feidhmiúil éagsúla agus tá teicneolaíochtaí nua deartha agus moltar struchtúir nua, a d'fheabhsaigh agus a d'fheabhsaigh feidhmíocht theicniúil chuimsitheach an trasducer, rud a chuir ar chumas sruth gan teorainn de thorthaí taighde nuálaíocha ar an trasducer. Roghnaíonn an t-údar roinnt samplaí taighde tipiciúil de thrasduchtóirí seolta, déanann sé anailís agus achoimre ar smaointe nuálaíocha na saothar taighde seo ó go leor uillinneacha éagsúla, agus tá súil aige treoir agus léargas áirithe a sholáthar do scoláirí óga, agus iniúchadh gníomhach a dhéanamh ar ghnéithe domhain na hoibre taighde clasaiceach.

 

1. Nuáil theicniúil trasducer fuaimiúil faoi uisce bunaithe ar ábhair fheidhmiúla

 

I 1915, d'úsáid Paul Langevin na Fraince agus daoine eile tarchuradóir toilleora agus glacadóir cáithníní carbóin chun turgnaimh fhuaimiúla faoi uisce a dhéanamh. Ba cheart go mbeadh an dá fheiste tarchurtha agus glactha seo ina dtrasduchtóirí fuaimiúla primitive faoi uisce; 1917 ～ 1918 Dhear agus d'fheabhsaigh Langevin Zhiwan an trasduchtóir grianchloch. Tá a vibrator comhdhéanta de roinnt plátaí grianchloch piezoelectric idir dhá phláta cruach tiubh. Tugtar trasducer Langzhiwan ar an struchtúr seo. Ós rud é nach féidir le Grianchloch nádúrtha freastal ar an éileamh atá ag méadú i gcónaí, fuarthas amach go bhfuil éifeacht piezoelectric níos láidre ag an salann Rochelle criostail piezoelectric intuaslagtha in uisce ná Grianchloch, ach cuireann a fhadhb cobhsaíochta teorainn le raon feidhme an iarratais, agus tá an piezoelectricity beagán níos lú. Mar gheall ar a n-airíonna réasúnta cobhsaí, baineadh úsáid as criostail Amóiniam Fosfáit Dihydrogen (ADP) go forleathan sa Dara Cogadh Domhanda. I 1920, cuireadh an éifeacht magnetostrictive i bhfeidhm i trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce; i 1925, dearadh agus cuireadh i bhfeidhm trasduchtóirí maighnéadacha nicil; i 1931, mar thoradh ar an staidéar domhain ar leatháin nicil tanaí, tháinig forbairt tapa ar thrasduchtóirí maighnéadacha. Agus de réir a chéile in ionad trasducers criostail piezoelectric; i 1944, fuarthas amach go bhfuil piezoelectricity láidir ag criadóireacht titanate bhairiam tar éis polarú, agus tá a caillteanas i bhfad níos lú ná sin na n-ábhar magnetostrictive. Níos déanaí, titanate bhairiam trasducers criadóireacht piezoelectric D'fhorbair sé go tapa; tá piezoelectricity níos láidre ag an ceirmeach titanate siorcónáit luaidhe polaraithe (PZT) a aimsíodh i 1954. Go dtí an lá atá inniu ann, tá criadóireacht piezoelectric PZT fós mar phríomhábhair fheidhmiúla trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce.

 

Sna 1970í, d'fhorbair an Dr. Clark AE sna Stáit Aontaithe an fathach tearc-chré maighnéadastrictive cóimhiotal trínártha Terfenol-D. Ó na 1990idí, aimsíodh na hábhair scíthe aon-chriostail ferroelectric PZN-PT agus PMN le hairíonna leictreacha ardvoltais agus dlús ardfhuinnimh -PT ceann i ndiaidh a chéile, agus tá cinn nua déanta i dtaighde iarratais na dtrí ábhar seo. Díreoidh an chuid seo ar thorthaí taighde na n-aistritheoirí ábhar feidhmiúla nua seo.

 

⒈ Glúin nua d’ábhair mhaighnéadastracha agus a n-aistritheoirí

Áirítear leis an nglúin nua d'ábhair maighnéadastrachaíocha ábhair chóimhiotail tearc-chré agus ábhair chóimhiotail miotail annamh. Thángthas ar an éifeacht ollmhór maighnéadastrictive na n-ábhar cóimhiotail tearc-chré ar dtús faoi choinníollacha teocht íseal. Is é 0.65% an brú magnetostrictive is airde den ábhar Tb0.6Dy0.4 ag 77K, agus is é 0.25% an brú magnetostrictive is airde de Terfenol-D ag teocht an tseomra. Tá doiciméid ann a thaispeánann gur forbraíodh trasduchtóir fadaimseartha dé-loine maighnéadstreach atá á thiomáint ag corna sársheoltach. Cuirtear an slat magnetostrictive cóimhiotail tearc-chré (terbium-dysprosium) i seomra aerchóirithe (teocht 50-60K), agus déantar an túr fuaraithe a scaipeadh agus a fhuaraithe ag túr fuaraithe an chuisneora. Sa seomra, soláthraíonn corna ábhar superconducting réimse maighnéadach claonta DC agus réimse maighnéadach excitation chun an tslat maighnéadastrictive a spreagadh chun tonnchrith síneadh a ghiniúint agus é a tharchur chuig an dromchla radiating cineál loine tríd an bpíosa aistrithe meicniúil. Brúnn an dromchla radaithe de chineál loine an meán uisce chun brúthonnta a ghiniúint don radaíocht. 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: is é 430Hz an minicíocht athshondais, is é 181.4dB an leibhéal foinse fuaime uasta, agus tá an éifeachtacht thart ar 25%. seo déanann trasducer hidreafóin faoi uisce an próiseas déantúsaíochta casta chun coinníollacha oibre íseal-teocht a fháil. Le blianta beaga anuas, tá daoine sásta an t-ábhar Terfenol-D a oibríonn ag teocht an tseomra a úsáid chun an próiseas déantúsaíochta a shimpliú, agus feidhmíocht radaíochta den scoth a bhaint amach le struchtúr nua.

 

Is é an trasduchtóir tarchuradóra ochtagánach tiomáinte Terfenol-D a chríochnaigh Butler comhionann le 1980. Tá 16 slat tearc-chré socraithe i dhá shraith, agus tá 8 slat tearc-chré i ngach ciseal ceangailte in ochtagán trí bhloc trasdula cruth ding agus cruthaíonn sé ciorcad maighnéadach dúnta, tá an bloc trasdula ceangailte le dromchla an tsorcóra radiating 4 ° agus an dromchla radiating de chuid an tsorcóra neamhchoitianta. Tá slat réamh-mheasta trí sreanga strus ard-neart idir na bloic trasdula. Tá réamhbhrú inmheánach an tslat tearc-chré thart ar 13.8MPa, agus minicíocht athshondach an trasducer in uisce Ag 775Hz, rinneadh comparáid idir an tiomáint neamhlíne faoi choinníoll réimse maighnéadach claonta DC agus an coinníoll réimse neamhchlaonta, agus an leibhéal foinse fuaime 189.8dB faoi choinníoll réimse maighnéadach claonta DC agus 196.2dB faoi seach faoi choinníoll an réimse mhaighnéadaigh neamhchlaonta agus 196.2dB faoi seach.