Nuálaíocht Theicneolaíoch i bhForbairt Trasduchtóirí Fuaime Faoi Uisce(2)

     Nuálaíocht Theicneolaíoch i bhForbairt Trasduchtóirí Fuaime Faoi Uisce(2)

Is cineál nua ábhar magnetostrictive é cóimhiotal iarainn-gailliam (Galfenol) a tháinig chun cinn le blianta beaga anuas. Is é an brú magnetostrictive idir nicil agus Terfenol-D, ag 300ppm (ppm microvariable, ionadaíonn ΔL/L = 10- 6) Thuas, i gcomparáid le Terfenol-D, tá na buntáistí a bhaineann le tréscaoilteacht coibhneasta níos airde (> 100), machinability maith, cobhsaíocht teocht ard agus neart teanntachta ard. Toisc go bhfuil dea-fheidhmíocht meaisínithe agus neart meicniúil ard ag an ábhar cóimhiotal iarainn-gailliam, is féidir é a úsáid chun an tithíocht trasducer flextensional a dhearadh agus a phróiseáil. Is sampla taighde é Fíor 2b de thrasduchtóir flextensional bairille cuasach le tithíocht cóimhiotal iarainn-gailliam. Tá an cóimhiotal iarainn-gailliam Φ20mm × 40mm agus leatháin maighnéad buan neodimiam-iarann-bórón, agus cruthaíonn sé ciorcad maighnéadach dúnta leis an bhlaosc radiating. Tá an vibrator comhdhéanta d'eilimintí Léiríonn na torthaí turgnamhacha gurb é 168.4dB (minicíocht athshondach 1750Hz) an freagra reatha astaithe trasducer, atá níos fearr ná duralumin den mhéid geoiméadrach céanna. Tá an trasducer tithíochta (minicíocht athshondach 1900Hz) feabhsaithe beagnach 5dB, rud a léiríonn buntáistí dearadh na tithíochta gníomhach.

 

Arna fhoilsiú i 2000, tá torthaí taighde an trasducer fadaimseartha leathanbhanda excitation comhpháirteach magnetostrictive-piezoelectric. Tá an trasducer fadaimseartha faoi thiomáint ag an aonad Terfenol-D agus an stack PZT i gcomhpháirt, rud a thuigeann oibriú leathanbhanda de chúpláil buaic athshondais dé 1.8KHz agus 3.5KHz. Tréithe, thuairiscigh an litríocht freisin go bhfuil an eagar comhphlánach ard-chumhachta 4 × 4 comhdhéanta den chineál seo trasducer, tá leibhéal foinse fuaime an eagar níos mó ná 225dB sa bhanna minicíochta 1.5-6kHz.

 

Trasducer fadaimseartha tiomáint il-aonad Terfenol-D, dhear an t-údar an t-aonad tiomána go hinniúil, úsáideann a struchtúr sleeve maighnéad buan chun réimse maighnéadach claonta a chur i bhfeidhm chun an réimse maighnéadach statach a scaradh ón gciorcad maighnéadach dinimiciúil, agus an maighnéadach dinimiciúil Seachnaítear na heilimintí maighnéad buan le tréscaoilteacht íseal sa bhóthar, agus méadaítear an éifeacht tiomána fuinnimh réimse maighnéadach; an léaráid fhisiciúil den aonad tiomána. Tá 4 aonad tiomána den sórt sin ceangailte go meicniúil i sraith chun athsholáthar fadaimseartha íseal-minicíochta a dhéanamh leis an gclúdach tosaigh agus mais an eireaball. Tá an gléas fuinnimh, an scriú lárnach prestressed; Is é Fíor 3c an pictiúr iarbhír den trasducer tar éis an phacáistithe, is é 1.6kHz minicíocht athshondach an trasducer, agus is é 177bB an leibhéal foinse fuaime.

 

Tá dearadh ciorcad maighnéadach an trasducer magnetostrictive an-tábhachtach. Ghlac Butler an trasduchtóir flextensional bairille cuasach mar shampla agus rinne sé comparáid idir éifeachtaí oibre sé scéim ciorcaid mhaighnéadaigh trí anailís eiliminte críochta. Tá struchtúir chiorcaid mhaighnéadaigh Fíor 4a-f faoi seach .Slat tearc-chré leanúnach móide clúdach deiridh cúlpháirtí tréscaoilteach maighnéadach iarainn íon agus muinchille, barra tearc-chré leanúnach móide clúdach deiridh cúlpháirtí tréscaoilteach iarann, barra cré-umha leanúnach gan iarann íon cúlpháirtí tréscaoilteach, teaglaim de shlat tearc-chré agus píosa maighnéad buan móide iarann íon tréscaoilteach Clúdach deiridh greamaithe agus muinchille, slat tearc-chré agus rochtain buan-mhaighnéad perme teaglaim píosa gan cúlpháirtí maighnéadach tréscaoilteach iarainn íon, ríomhtar na comhéifeachtaí cúplála leictrimheicniúla éifeachtacha mar 0.33, 0.30, 0.27, faoi seach, 0.23, 0.21, agus 0.20, rud a léiríonn go n-athraítear comhéifeacht cúplála leictrimheicniúil éifeachtach an chreathadh cré-annamh ó shlat annamh-chré go leanúnach ó shlat tearc-chré le chéile. Tá éifeacht áirithe ag caipíní deiridh agus sleeves gabhálais tréscaoilteacha maighnéadach iarainn íon maidir le feabhas a chur ar fheidhmíocht cúplála leictrimheicniúla an vibrator tearc-chré, ach le haghaidh ábhair tiomána le tréscaoilteacht choibhneasta íseal, mar shampla Terfenol-D, tá an feabhas beag, agus déantar an comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla éifeachtach a chinneadh 0.20 go 0.23 nó 0.337 go 0.337.

 

 

2.Glúin nua d'ábhair piezoelectric agus a n-aistritheoirí

Go dtí an chéad leath den 20ú haois, bhí gach ábhar piezoelectric criostail aonair. Thángthas ar titanate bhairiam ceirmeach piezoelectric ilchriostalach den chéad uair sna 1950í, agus ina dhiaidh sin tíotánáit siorcónáit luaidhe (PZT) sna 1960í. Tá feidhmíocht na criadóireachta piezoelectric seo i bhfad níos mó ná feidhmíocht na gcriostal aonair luath, agus tá PZT tar éis éirí mar phríomhábhar feidhmiúil trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce.

I lár na 1990í, thángthas ar an dá ábhar criostail aonair piezoelectric nua maignéisiam niobate-luaidhe titanate maignéisiam niobate-luaidhe (PMN-PT) agus since luaidhe niobate-luaidhe titanate (PZN-PT), tá an dá ábhar criostail aonair piezoelectric Tá brú sáithiúcháin an-ard (níos mó ná 1%), caillteanas íseal, agus ard-caillteanas piezoelectric comhéifeacht cumasach (cumhacht níos leithne ná 9). an banna minicíochta i dtreo an trasducer fuaimiúil faoi uisce. Le blianta beaga anuas, tá an t-ábhar criostail aonair piezoelectric maignéisiam niobate-luaidhe trínártha indium niobate-luaidhe (PIN-PMN-PT) agus mangainéise-dopáilte luaidhe indium niobate-luaidhe titanate maignéisiam niobate-luaidhe (Mn: PIN-PMN-PT), a fheabhsaíonn tuilleadh na saintréithe oibre faoi choinníollacha réimse leictrigh ard.

Thosaigh cur i bhfeidhm na n-ábhar criostail aonair piezoelectric cosúil le PMN-PT i réimse an fhuaimíochta faoi uisce ó dhearadh agus forbairt trasducers fadaimseartha. Tá sraith taighde déanta ag Meyer agus daoine eile, lena n-áirítear anailís mhionsonraithe ar thrasduchtóirí fadaimseartha PMN-PT 33-mód agus 32-mód , Agus staidéar comparáideach le PZT-8. Is trasduchtóir fadaimseartha 33-mód é Fíor 5a tiomáinte ag stack de 10 sliseog PZT-8, is trasduchtóir fadaimseartha 33-mód é Fíor 5b tiomáinte ag cruach de 3 sliseog PMN-PT, agus is éard atá i bhFíor 5c ná 4 PMN-PTtude 4c. Cruthaíonn na stiallacha fada fada-chruthach 33-mód transduceri. Léiríonn na torthaí, nuair a úsáidtear PMN-PT agus PZT-8 chun trasducers fadaimseartha a dhéanamh leis an leibhéal céanna minicíochta agus foinse astaíochtaí agus paraiméadair eile, an criostail PMN-PT Níl an fad cruachta ach thart ar 30% de PZT-8, rud a léiríonn buntáistí teicniúla na n-ábhar criostail aonair piezoelectric chun trasduchtóirí beaga a dhéanamh; is féidir leis an modh 32 a dhéanamh ar na hábhair chriostail aonair a ghearradh de réir an treoshuímh feidhmíochta is fearr, agus ag an am céanna úsáid a bhaint as an meascán de stiallacha fada Is féidir leis fadhbanna teicniúla a sheachaint, mar shampla sliseog aonair mórmhéide a fhás, feabhas a chur ar iontaofacht agus comhsheasmhacht an trasducer, agus tá buntáistí soiléire aige d'iarratais eagar sonar meáchain éadroma meánmhéide agus ardmhinicíochta.

Tá criostail aonair forbartha a trasducer tarchurtha sorcóireach comhdhéanta de fháinní inleagtha. Tá gach fáinne comhdhéanta de 12 stiallacha ding-chruthach, agus tá 9 fáinne le chéile go docht sa treo aiseach chun sorcóir a fhoirmiú. An méid geoiméadrach (Φ20.3mm × 66mm) Tá sé i bhfad níos lú ná an trasducer ceirmeach piezoelectric den mhinicíocht chéanna, agus tuigeann sé na saintréithe oibre leathanbhanda de níos mó ná 2.5 octave. Úsáideann doiciméad eile criostail aonair PMN-PT chun trasduchtóir flextensional bairille cuasach a fhorbairt. Tá vibrator tiomána an trasducer comhdhéanta de chruach de 16 eilimint Φ28mm × Φ10mm × 4.8mm polaraithe aiseach, agus blaosc creathadh cóimhiotail tíotáiniam. Tá feabhas níos mó ná 5dB ar an bhfreagairt voltais astaíochta i gcomparáid leis an struchtúr trasducer céanna d'ábhar PZT-4.

Tá an teocht trasdula chéim triantánach-tetragonal de chriostail aonair PMN-PT sách íseal, rud a chuireann teorainn lena raon iarratais go pointe áirithe, go háirithe d'iarratais faoi choinníollacha ardchumhachta. Mar gheall ar an titanate luaidhe trínártha maignéisiam niobate-luaidhe niobate-luaidhe maignéisiam niobate (PIN-PMN-PT) agus mangainéise criostail aonair dópáilte (Mn: PIN-PMN-PT) a dhéanamh ar an teocht trasdula céime an relaxor ferroelectric criostail aonair soiléir Méadú agus a laghdú go mór an fachtóir caillteanais ag an am céanna: tá an teocht trasdula chéim méadaithe ó 95 ° C, laghdaítear an caillteanas ó 95 ° C go 125. agus is é an fachtóir caillteanais ach 1/2 de na gnáth-cheirmeacha piezoelectric PZT-4. Tá litríocht ann freisin ag baint úsáide as an dá fhoirmle nua criostail aonair seo, PMN-PT agus PZT-4 chun trasducers fadaimseartha a dhéanamh agus a saintréithe oibríochta ard-chumhachta a chur i gcomparáid, rud a chruthaíonn go bhfuil an fhoirmle nua ábhar criostail aonair níos oiriúnaí do ard-chumhachta agus coinníollacha timthriall dualgas mór. Tá leibhéal foinse fuaime an trasducer PMN-PT 5dB níos airde ná leibhéal an trasducer PMN-PT ag an minicíocht athshondais. I gcomparáid le criadóireacht piezoelectric PZT-4, tá an leibhéal foinse fuaime agus an cumas cumhachta ag an minicíocht athshondais comhionann go bunúsach, agus an bandaleithead oibre Tháinig méadú de 1 uair, agus tá an leibhéal foinse fuaime uasta lasmuigh den mhinicíocht athshondais méadú thart ar 6dB.

 

Díríonn taighde iarratais ábhar criostail aonair PMN-PT den chuid is mó ar chóras íomháithe ultrasonaic ard-minicíochta leighis. Níl anseo ach cás amháin de thaighde iarratais trasducer hidrea-fhuaimiúil Cymbal, ag baint úsáide as eilimint Φ12.7mm × 1mm PMN-PT chun tíotáiniam 0.25mm tiubh a thiomáint Tá an caipín creathadh lúbthachta cóimhiotail tar éis trasducer teannas lúbthachta beagmhéide Cymbal a fhorbairt, a bhfuil freagra voltais astaíochta 6dB níos airde aige ná an PZT-4 leis an struchtúr céanna trasducer tiomáinte.

 

2. Nuáil theicniúil struchtúr agus teicneolaíocht trasducer fuaimiúil faoi uisce

⒈ Nuáil theicniúil chun feabhas a chur ar shaintréithe an bhíoma

I sonóra nua-aimseartha, úsáidtear eagair bhunúsacha éagsúla go ginearálta chun na saintréithe bíomaí riachtanacha a bhaint amach. Mar sin féin, nuair a bhíonn cró suiteála an trasducer teoranta agus go bhfuil ceanglais speisialta ann maidir le saintréithe an bhíoma, is gá bearta teicniúla a ghlacadh chun tréithe beam an trasducer a rialú. Áirítear ar na príomh-chur chuige teicniúil le haghaidh feabhsúcháin: cur i bhfeidhm sciath, teicneolaíocht forshuite módúil ag baint úsáide as dipoles agus ilpoles, etc. Roghnaíonn an chuid seo roinnt samplaí taighde tipiciúil, ag díriú ar an anailís agus achoimre ar úsáid modhanna forshuite módúil chun feabhas a chur ar shaintréithe bhíoma an trasducer éachtaí teicniúla.

⑴An sciath a úsáid chun tréithe bhíoma an trasducer a fheabhsú

Sa chóras sonar luath, baineadh úsáid as trasducer neamhspleách go ginearálta. Nuair nach féidir leis an treoshuíomh na ceanglais a chomhlíonadh, úsáidtear frithchaitheamh an sciath chun an bhíoma tarchurtha a rialú, rud a chuimsíonn go príomha dul trí sciath árasán, sciath sorcóireach, agus sciath sféarúil. Pláta agus sciath cón a athrú ar an treo na trasducers sorcóireach, trasducers loine, trasducers sféarúil, etc, go pointe áirithe freastal ar riachtanais aon-bhealach rialú bhíoma tarchurtha, mar a thaispeántar i bhFíor 6, úsáid cóin dúbailte Coigeartaíonn an sciath machnamhach an directivity an maighnéadach trasduchtóir toroidal aon-thaobh, agus réadú radaíochta trasducer toroidal aonair.

 

Tá litríocht ann go gcuirtear an trasducer flextensional cineál IV 3kHz in aice le fócas an bhaffle frithchaiteora parabolic, ionas gur féidir leis an trasducer flextensional cineál IV lena neamhthreocht féin saintréithe radaíochta aontreoch a bhaint amach. Faigheann an turgnamh uillinn tosaigh aon-uillinn 83°. Maidir leis an bhíoma, is é 21dB an difríocht freagartha tosaigh agus cúil.

⑵ Trasduchtóir treorach teaglaim mhódúil

Tá modhanna creathadh il-ordú éagsúla ag trasducers struchtúracha éagsúla. Go ginearálta oibríonn trasducers athshondach bunaithe ar an modh creathadh minicíochta bunúsach. Comhfhreagróidh modhanna éagsúla creathadh dá modhanna excitation éifeachtach, mar sin is féidir meascán de mhodhanna excitation a úsáid A bhaint amach tiomáint superposition de mhodhanna creathadh iolracha, ionas go mbainfear amach an cuspóir a bhaineann le saintréithe an bhíoma tarchuir a athrú. I measc na modhanna is mó ar féidir leo tréithe bhíoma an trasducer a athrú trí chomhcheangal tá modh monopole, modh dépholach agus modh ceathairpholach, etc. Is féidir leis na modhanna bunúsacha seo éagsúlacht de phátrúin dhíreachachta a bhaint amach trí chomhcheangal ualaithe. Sa chuid seo, in éineacht le torthaí litríochta ar leith, déantar anailís ghearr agus achoimre ar theicneolaíocht phróiseála agus modhanna excitation trasducers struchtúracha éagsúla chun superposition módúil a bhaint amach.

Glacann obair excitation il-mód go ginearálta an modh excitation deighilte, mar shampla: is minic a ghlacann feadán ceirmeach piezoelectric nó bhlaosc sféarúil an modh leictreoid scoilte, féach Fíor 7a, b; polagán magnetostrictive ( fáinne), excitation imeall neamhspleách ar an mbealach.glacann transducer

 

Dúirt Butler et al. 'trasduchtóir módúil' a dhearadh agus a fhorbairt, fós ag baint úsáide as an smaoineamh dearaidh de excitation críochdheighilte, ach briseadh tríd an teorannú ar roinnt na gcomhpháirteanna neamhspleácha, ag baint úsáide as 8 neamhspleách 1/4 vibrator fadaimseartha a roinnt mais eireaball, gach trasducer Is dromchla stua sorcóireach é an dromchla radaithe gar do 45 °, agus i dteannta a chéile imfhálfaidh siad deighilt idirchiorclach agus tiomáinte neamhspleách trasdula. Níl srian ar mhéid geoiméadrach an trasducer ag coinníollacha próisis na n-eilimintí neamhspleácha, agus glactar le treo fadaimseartha an struchtúir réamhbhrúite ag an am céanna. Tá buntáistí teicniúla ag an vibrator maidir le dearadh trasduchtóirí tarchurtha treorach íseal-minicíochta agus ardchumhachta. I bhFíor 8 taispeántar bunchruthanna tonnchrith mhódúla an “trasduchtóra mhódaigh”. Dearadh agus forbraíodh trasducers modha atá bunaithe ar chriadóireacht piezoelectric PZT-8, criostail aonair PMN-PT agus ábhair maighnéadastrictive ollmhór Terfenol-D faoi seach. Tá léas tarchurtha treo cardioide faighte aige le hinnéacs díríochta 6dB agus difríocht 25dB sa fhreagra tosaigh le cúl.

 

Is cineál eile é trasduchtóir astaithe treorach íseal-minicíochta agus ardchumhachta - trasduchtóir flextensional crios-excited. Sa dearadh, tá an chairn piezoelectric (nó vibrator magnetostrictive) den trasducer flexion-teannas faoi réir excitation crios, ag baint úsáide as Tá an meascán de mhodhanna monopole agus dipole forshuite chun foirm a bhíoma astaithe treo cardioid. Is éard atá i bhFíor 9a ná trasduchtóir flextensional cineál IV directivity 900Hz, agus is trasduchtóir flextensional cineál VII de chineál directivity 3kHz é Fíor 9b.

Déanann an litríocht staidéar ar thrasduchtóir sorcóireach ilmhód leathanbhanda le pláta sciath (léirithe i bhFíor 10). Tá leictreoidí an fheadáin sorcóireacha ceirmeacha piezoelectric roinnte go cothrom ina dhá ghrúpa, agus iad ar bís go neamhspleách chun monopole (0 modh) agus dipole (1 mód) a fháil, agus ansin comhoibriú leis an sciath chun an t-astú treo aontaobhach a bhaint amach. Úsáideann an obair thaighde freisin an gaol céime idir na modhanna chun aimplitheoir cumhachta neamhspleách agus ciorcad tiúnta a dhearadh, tríd an minicíocht íseal '0+1' agus an minicíocht ard '0 + 1'. －1' Tuigeann rialú teaglaim módúil saintréithe oibre leathanbhanda Glacann an trasducer 4 feadáin bhabhta piezoelectric PZT-4 de Φ38.2mm × 31.8mm × 19mm sa treo airde, agus is é Φ48mm × 79mm an méid tar éis an phacáistithe.Tá an sciath déanta de dhá phíosa corc corc lannaithe. Athraíonn freagairt voltais astaíochta faoi 6dB sa bhanda minicíochta 26-46kHz.

2.Nuálaíocht theicniúil chun tréithe minicíochta a fheabhsú

Le síneadh ilthreorach ar threoir iarratais na teicneolaíochta fuaimiúla faoi uisce, leathnaíodh raon minicíochta oibre na gcóras sonar gníomhach go leanúnach. Ina measc, tá minicíocht oibre sonar íomhá ardtaifigh méadaithe go 106Hz, agus tá an banna minicíochta oibre de shonóra braite agus cumarsáide ultra-achair níos ísle fós. Faoi bhun 100 Hz; ar an láimh eile, éilíonn forbairt na próiseála faisnéise sonar go bhfuil banna minicíochta oibre an trasducer chomh leathan agus is féidir. Dá bhrí sin, tá go leor aird tarraingthe ag trasducers íseal-minicíochta agus trasducers leathanbhanda sa réimse fuaimiúil faoi uisce le blianta beaga anuas, agus tá na torthaí taighde saibhir go leor. Mar sin féin, tá go leor fadhbanna teoiriciúla agus teicniúla fós ann nach bhfuil réitithe go maith. Beidh an ghné seo fós mar phríomhionad taighde agus fócas na forbartha amach anseo. Roghnaíonn an chuid seo an obair thaighde i dtreo na n-aistritheoirí ísealmhinicíochta agus na n-aistritheoirí leathanbhanda, agus déantar anailís agus achoimre orthu. Smaointe nuálaíocha agus éachtaí nua teicneolaíochta.

⑴ Dearadh nuálaíoch trasducer minicíocht íseal

①Creathadh lúbthachta trasducer íseal-minicíocht

Is é an chéad fhadhb theicniúil atá os comhair forbairt trasducers íseal-minicíochta ná méid geoiméadrach. Go ginearálta, tá minicíocht oibre trasducers athshondach comhréireach inbhéartach leis an méid geoiméadrach, is é sin, is ísle minicíocht an trasducer, is mó an méid geoiméadrach, mar shampla comhshó fadaimseartha 500Hz. Tá fad an fheiste fuinnimh thart ar 3m. Is féidir le creathadh lúbthachta méid geoiméadrach trasducers íseal-minicíochta a laghdú go héifeachtach. Ina measc, cuimsíonn trasducers a bhfuil a gcuid feistí feidhmiúla rannpháirteach go díreach i gcreathadh lúbthachta go príomha trasducers beam lúbthachta, trasducers diosca lúbthachta, etc.

Taispeánann Figiúr 11a gnáthstruchtúr bíoma lúbthachta trí chruach. Déantar píosa stiallacha ceirmeacha piezoelectric a ghreamú ar bharr agus bun an bhíoma lúbthachta. Nuair a shíneann ceann de na stiallacha ceirmeacha piezoelectric agus na conarthaí eile nuair a bhíonn siad excited, déanfaidh an bhíoma miotail sa lár creathadh lúbthachta. Comhshó fuinnimh den chineál seo Ní mór an gléas a bheith faoi lé uisce ar thaobh amháin chun tonnta fuaime a radiate, mar sin de ghnáth cuirtear roinnt bíomaí cuartha le chéile chun cuas aeir a fhoirmiú, mar a thaispeántar i bhFíor 11b, creathadh gach dromchla gathach i gcéim.

 

Tugtar trasducer diosca cuartha ar phrionsabal oibre den chineál céanna le struchtúr diosca, a chuimsíonn struchtúr trí shraith agus lannú dúbailte freisin. Taispeánann Fíor 11c trasduchtóir dlúthdhiosca cuartha comhdhéanta de phéire leatháin lannaithe dúbailte. (Bender). Rinne anailís chórais Delany taighde ar shaintréithe oibriúcháin íseal-minicíochta, beagmhéide agus ardchumhachta Bender.

Áirítear le forbairt trasducers íseal-minicíochta creathadh flexural freisin trasduchtóir toroidal scoilte nua (léirithe i bhFíor 12). Is féidir an trasducer toroidal scoilte a mheas mar thrasduchtóir beam lúbthachta speisialta. Mhol Harris an bunstruchtúr i 1957. Bhí an bhíoma fáinne ilchodach comhdhéanta de fháinne ceirmeach piezoelectric istigh agus fáinne seachtrach miotail. Bhí samhaltú agus anailís an trasducer bunaithe ar an 'múnla forc tiúnta' a thaispeántar i bhFíor 12b, agus coigeartaíodh an eilimint tiomána go struchtúr scoilte. Is féidir an trasducer fáinne scoilte a dhearadh le méid níos mó, agus is féidir an mais a choigeartú tríd an tiús dáileadh tiús chun an minicíocht oibriúcháin agus na saintréithe radaíochta a uasmhéadú, mar a thaispeántar i bhFíor 12c.

 

② trasducer teannas lúbthachta

Thosaigh coincheap an trasducer flextensional ó phaitinn Hayes i 1936. Tar éis d'fhoilsigh Toulis paitinn an trasducer flextensional cineál IV i 1966, thosaigh taighde agus cur i bhfeidhm an trasducer flextensional a bheith gníomhach, agus bhí níos mó ná leath acu go dtí seo. Le haois na staire forbartha , rugadh foirmeacha struchtúracha éagsúla trasduchtóirí flextensional, agus tá a bprionsabail oibre agus a bpróisis struchtúracha lán de smaointe dearaidh nuálaíocha. Ní féidir linn iad a thabhairt isteach ceann ar cheann in ord croineolaíoch a bhforbartha, gan ach na trasduchtóirí flextensional. Roinntear struchtúr agus modhanna dreasachta na cuideachta sna trí chatagóir seo a leanas, a ndéantar anailís agus achoimre orthu.

△ Trasduchtóir lúbthachta-teannas le struchtúr sorcóireach. Tá an cineál transducer seo á thiomáint ag vibrator teileascópach fadaimseartha chun an bhlaosc tonnchrith flexural a aistriú, mar a thaispeántar i bhFíor 13. Is struchtúr aistritheach é bhlaosc creathadh an trasducer, is é sin, dromchla sorcóireach de chruthanna éagsúla, tiomáinte ag vibrator teileascópacha fadaimseartha amháin nó níos mó, is gléas flextension cineál IV é flextension transducer, is gléas trasducer cineál IV é flextension transducer. trasduchtóir teannas lúbthachta 'réalt-chruthach' arna thiomáint ag cruachta piezoelectric orthogonal, agus trasduchtóir teannta lúbthachta 'réalt-chruthach' arna thiomáint ag creathadhaire maighnéadastreach ceathairshleasach. Ós rud é go bhfuil an cineál trasducer seo éasca le vibrator excitation deighilte a dhearadh, is gnách go roghnaíonn an trasducer flextensional treorach a thuairiscítear thuas an cineál struchtúr seo.

△ Trasduchtóir teannas lúbthachta le corp fada rothlach. Tá an cineál trasducer seo á thiomáint ag vibrator teileascópach fadaimseartha chun blaosc creathadh lúbthachta rothlach siméadrach a thiomáint, mar a thaispeántar i bhFíor 14. Is struchtúr siméadrach rothlach é bhlaosc creathadh an trasducer, lena n-áirítear sraith de bíomaí bairille a dháiltear feadh an imlíne, atá tiomáinte go ginearálta ag vibrator teileascópach fadaimseartha. Is iad Fíor 14a agus b na cruthanna dronnach den trasducer flextensional cineál I Struchtúr agus struchtúr cuasach; mar a thaispeántar i bhFíor 14c, déantar vibrator excitation fadaimseartha an trasducer a fhadú sa treo aiseach chun méid an ábhair feidhme a mhéadú chun a bheith ina thrasduchtóir flextensional cineál II; mar a thaispeántar i bhFíor 14d, déantar an bhlaosc tonnchrith flexural a dhearadh I bhfoirm dhá chuid nó níos mó, déantar é a fhorbairt ina trasducer flextensional cineál III. Tá struchtúir chuasacha comhfhreagracha ag trasduchtóirí flextensional cineál II agus cineál III.

△Trasduchtóir lúbthachta-teannas le comhlacht rothlach cothrom. Tá an cineál seo trasducer tiomáinte ag vibrator leathnaithe gathacha chun blaosc creathadh lúbthachta rothlach siméadrach a thiomáint, mar a thaispeántar i bhFíor 15. Is struchtúr siméadrach rothlach é bhlaosc creathadh an trasducer, go ginearálta péire de choróin sféarúil dronnach nó cuasach (nó coróin sféarúil), tiomáinte ag fáinne sféarúil ag leathnú nó ag leathnú radacach V. transducer flextensional, is trasducer flextensional V-tiomáinte wafer-tiomáinte é c, tá c trasducer flextensional cineál VI, d agus e is trasducers flextensional beag a forbraíodh ar bhonn struchtúr b Tugtar trasducer Cymbal ar an bhfeiste.

△ Struchtúr cuas trasducer minicíocht íseal. Is é Helmholtz resonator an fhoirm bhunúsach de struchtúr cuas trasducer fuaimiúil faoi uisce, mar a thaispeántar i bhFíor 16. Is iad a, b, agus c na trí struchtúir bhunúsacha de resonators Helmholtz, a úsáideann excitation feadán ceirmeach piezoelectric, excitation diosca lúbthachta, agus excitation liathróid ceirmeach piezoelectric. Go ginearálta bíonn banna minicíochta oibre cúng ag athshondálaithe Helmholtz, agus úsáidtear d ar bhonn b Spreagann dromchlaí oibre dúbailte an diosca cuartha na cuais athshondach de mhéideanna éagsúla chun an oibríocht athshondais dhúbailte a bhaint amach. Bhunaigh an litríocht múnla anailíse athshondóra Helmholtz níos iomláine, agus rinne sé anailís ar an gcaidreamh idir tréithe oibre agus paraiméadair struchtúracha an athshondóra Helmholtz 300HZ. Bhí Morozov et al. dearadh foinse fuaime orgán píopa faoi uisce (léirithe i bhFíor 17). Tuigeann dearadh Fíor 17a tiúnadh minicíochta tríd an muinchille a bhogadh chun impedance an chórais athshondais a athrú. Tá an minicíocht tiúnta idir 225 agus 325 Hz, agus tá an éifeachtacht suas le 80% nó níos mó, rud a léiríonn an córas ard-Q (fachtóir cáilíochta) le tréithe ardéifeachtúlachta; Fíor 17b Úsáideann an dearadh struchtúr feadán dúbailte le foinse fuaime sféarúil ionsuite chun athshondas dé-minicíochta a bhaint amach. Is éard atá san athshondas íseal-minicíochta ná athshondas cuas comhdhéanta de muinchille dé-alt. Níl an athshondas ard-minicíochta ach an t-athshondas a fhreagraíonn don fheadán athshondais istigh. Is féidir leis an muinchille seachtrach agus an feadán athshondais inmheánach Úsáid ábhair mhiotalacha alúmanaim nó snáithíní carbóin neamh-mhiotalacha.

⑵ Dearadh nuálaíoch trasducer leathanbhanda

I stair fhorbairt na teicneolaíochta fuaimiúla faoi uisce, táirgeadh éagsúlacht foirmeacha struchtúracha trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce, gach ceann acu le tréithe oibre arna gcinneadh ag a saintréithe struchtúracha. D'fhonn oiriúnú do riachtanais innealtóireachta iarratais leathanbhanda, tá beagnach gach trasducer struchtúrach ag tabhairt aghaidhe ar na fadhbanna teicniúla a bhaineann le dearadh leathanbhanda agus feabhsú próisis. Ina measc, tá an trasducer fadaimseartha ar cheann de na foirmeacha struchtúracha is coitianta de thrasduchtóirí i réimse na trasducer leathanbhanda faoi uisce . Tá torthaí taighde dearadh agus feidhmiú leathanbhanda saibhir go leor. Tá prionsabail theicniúla dearadh leathanbhanda trasducers struchtúracha eile cosúil go bunúsach. Díríonn an chuid seo ar shraith smaointe dearaidh nua bunaithe ar thrasduchtóirí fadaimseartha chun tréithe leathanbhanda a bhaint amach.

① Trasduchtóir fadaimseartha leathanbhanda teaglaim banna

Tá tús curtha cheana féin le cur i bhfeidhm teaglaim banna minicíochta go luath i bhforbairt na teicneolaíochta sonar. Chonacthas obair luath sna 1940idí. Baineadh úsáid as trí thrasduchtóir fadaimseartha magnetostrictive le minicíochtaí athshondais éagsúla chun pláta radaithe dronuilleogach agus sé trasduchtóir a thiomáint i socrú dréimire. Agus iad á dtiomáint ag corna foirceannadh coitianta (léirithe i bhFíor 18), is iad minicíochtaí athshondais neamhspleácha an trasduchtóra faoi seach 21.5, 23 agus 24.5kHz, Q = 12, agus Q = 4 tar éis an teaglaim. Cé nach trasducer leathanbhanda é an modh teaglaim banna minicíochta seo go docht, tá sé fós in úsáid go forleathan i réimse na fuaimíocht faoi uisce, go háirithe i gcórais fhuaimiúla mar insamhalta torainn agus decoys fuaimiúla. Fíoraíonn an teaglaim gléas tréithe astaíochta ultra-leathanbhanda.

 

② Trasduchtóir fadaimseartha leathanbhanda cúplála módúil

De ghnáth glactar le clúdach tosaigh an trasducer fadaimseartha creathadh ar mhodh loine san anailís ar an múnla aontoiseach, is é sin, ní tharlaíonn aon chreathadh lúbthachta. Nuair a bhíonn adharc dromchla radiating an trasducer sách leathan, ní mór creathadh lúbthachta a bheith ag gabháil leis, atá réasúnta Ag baint úsáide as modh creathadh lúbthachta an chlúdaigh tosaigh chun é a chomhcheangal go héifeachtach leis an modh creathadh fadaimseartha, is féidir trasducer fadaimseartha leathanbhanda a dhearadh. Tá staidéar déanta ag an litríocht ar éifeacht cúplála creathadh flexural agus creathadh fadaimseartha an phláta clúdaigh radiating cearnach, agus dhear sí trasducer leathanbhanda. I litríocht eile, tá diosca creathadh agus lúbthachta leabaithe sa chlúdach radaíochta, agus tá an diosca lúbthachta in éineacht le modh creathadh an trasducer fadaimseartha, agus déantar an trasducer leathanbhanda a dhearadh agus a fhorbairt mar a thaispeántar i bhFíor 19a. Is féidir cruach piezoelectric an trasducer fadaimseartha a dhearadh i ngrúpaí éagsúla. Mar a thaispeántar i bhFíor 19b, is é struchtúr bunúsach an trasducer a úsáideann cúpláil modúlach dé-excitation chun oibriú leathanbhanda a bhaint amach. Tá Butler bunaithe ar struchtúr an trasducer fadaimseartha dé-excitation. Forbairt dhomhain, mar shampla úsáid a bhaint as excitation dúbailte hibrideach magnetostrictive agus piezoelectric chun trasducer fadaimseartha leathanbhanda a dhearadh, agus an clúdach tosaigh chun ciseal meaitseála tonnfhad 1/4 a ghreamú, agus dearadh modh athshondais tríú ordú cúplála trasducer fadaimseartha ultra-leathanbhanda Tá an gléas, mar a thaispeántar i bhFíor 193c, minicíocht oibre 13 Hz.

③ Trasducer fadaimseartha leathanbhanda i dteannta le cuas leachtach

Is é dearadh tipiciúil an chúplála idir an trasducer fadaimseartha agus an cuas leachtach ná an trasducer Janus-Helmholtz (léirithe i bhFíor 20). Glacann an trasduchtóir fadaimseartha struchtúr radaithe dúbailte, ar a dtugtar Janus, le muinchille sorcóireach atá deartha chun cuas athshondach Helmholtz a fhoirmiú idir cinn radaithe dúbailte Janus; tá banna minicíochta oibre caol ag an trasducer athshondach cuas leacht ginearálta. I gcomhiarratas Janus, is féidir tarchur leathanbhanda a bhaint amach trí dhearadh optamaithe cúplála módúil.

Dhear Gall dhá thrasduchtóir Janus-Helmholtz, 300Hz agus 160Hz, agus rinne sé staidéar domhain ar an éifeacht a bhaineann le feadán comhlíontach a chur i gcuas athshondach Helmholtz ar shaintréithe oibriúcháin leathanbhanda an trasducer.

⒊Nuálaíocht theicniúil chun feabhas a chur ar chumhacht fuaime a astaítear

Is é an bealach díreach chun cumhacht fuaime trasducer fuaime faoi uisce a mhéadú ná méid an trasducer a mhéadú, an líon a mhéadú, agus maitrís dlúth-phacáilte a fhoirmiú. Is é an modh is éifeachtaí ná ábhair fheidhmiúla ard-fhuinnimh-dlúis a úsáid. Míníodh sna caibidlí roimhe seo cur i bhfeidhm ábhair fheidhmiúla dlús ardfhuinnimh. Díríonn an chuid seo ar na nuálaíochtaí teicniúla i struchtúr agus i bpróiseas trasduchtóirí ardchumhachta ar líon beag.

Agus iad ag cur síos ar na buntáistí agus na míbhuntáistí a bhaineann le méid beag agus tréithe ardchumhachta an trasducer, úsáidtear an figiúr toirte fiúntais go ginearálta chun tomhas, eadhon

FOMv=Wa/V/f0/Q ⑴

Sainmhíníonn Foirmle ⑴ an fachtóir fiúntais toirte de chineál áirithe trasducer, áit a bhfuil: Wa an chumhacht fuaime (W), is é V toirt an trasducer (m3), is é f0 an minicíocht athshondais (Hz), is é Q an fachtóir cáilíochta, tá dlúthbhaint ag fachtóir fiúntais toirte an fheiste leis an struchtúr agus le hábhair fheidhmiúla. Dhear agus d'fhorbair Delany trasduchtóir dlúthdhiosca cuartha (Bender), agus rinne sé anailís agus staidéar córasach ar shaintréithe oibre oibríocht íseal-minicíochta, beagmhéide agus ardchumhachta Bender.

 

 

Tá litríochta ann a dhearann an struchtúr cuasach cineál I (cineál bairille cuasach) trasduchtóir lúbthachta teannas i meascán níos dlúithe, a chuireann ar chumas braislí trasducer iolracha i méid teoranta díláithriú toirte a uasmhéadú agus tréithe Cumhachta móra a bhaint amach, mar a thaispeántar i bhFíor 21, déantar APEX 6 trasduchtóirí flextensional cineál I a bhraisliú le chéile chun 'tríthoiseach, déthoiseach' trasdultach trasduchtaithe a chruthú. saintréithe struchtúr dlúth, minicíocht íseal, ardchumhachta agus banna minicíochta leathan: minicíocht athshondais bhunúsach Is é an freagra voltas tarchurtha ag 1.15kHz ná 127dB, omnidirectional, agus tá an freagra voltas tarchurtha ó 800Hz go 10kHz níos mó ná 120dB. Ní thugtar an paraiméadar FOMv sa litríocht, agus meastar go mbeidh sé coibhéiseach le nó níos airde ná an trasduchtóir flextensional 'réalt-chruthach' .

Tosaíonn an dearadh agus an anailís thuas chun méid beag agus ardchumhachta a shaothrú go bunúsach ó na teorainneacha leictreacha agus meicniúla, agus ní mheasann siad ach dlús fuinnimh na n-ábhar feidhmiúla agus teorainn chreathadh an struchtúir. Nuair a éilíonn an trasducer buille fada nó oibriú leanúnach, is é an diomailt teasa agus teasa an trasducer an fhadhb is mó faoi choinníollacha cumhachta ard. Ag an am seo, is é an teorainn teirmeach an príomhfhachtóir a chuireann srian le cumhacht deiridh an trasducer. Tá teorainn theirmeach an trasducer ar cheann de na saincheisteanna bunúsacha tábhachtacha a bhaineann leis an innealtóireacht. Díreach cosúil le sonraí próisis an trasducer, níl mórán páipéir thaighde a thuairiscítear go poiblí. Tá litríochta ann chun fadhbanna teirmeacha trasduchtóirí íseal-minicíochta agus ardchumhachta a shamhaltú agus a anailísiú, agus chun fadhbanna seoltachta teirmeach trasduchtóirí flextensional Janus-Helmholtz agus Cineál IV a phlé. Nuair a bhíonn an trasducer ag obair in uisce éadomhain, go háirithe minicíocht íseal agus tarchur ardchumhachta, beidh méadú ar an gcumhacht fuaime srianta freisin ag teorainn fhuaimiúil an fhachtóra cavitation. Faoin gcúlra seo, níl an modh chun cumhacht trasducer amháin a mhéadú éifeachtach a thuilleadh. Cuirfear srian ar an mbonn-eagar freisin, ionas nach mbeidh ach bealach amháin ann chun eagar bonn tanaí a fhoirmiú.

Dá bhrí sin, nuair a bhíonn trasducers íseal-minicíochta agus ard-chumhachta á dhearadh, is gá an fhoirm struchtúrach agus na hábhair feidhm tiomána a roghnú go réasúnach, ag cur san áireamh fachtóirí cosúil le teorainn leictreach, teorainn mheicniúil, teorainn teirmeach, agus teorainn fhuaimiúil, agus anailís fhoriomlán agus uasmhéadú cuimsitheach a dhéanamh. Tá caidreamh optamach idir an teorainnchumhacht agus toirt an trasduchtóra. Beidh taighde domhain air seo ar cheann de na treoracha teicniúla a bhaineann le trasduchtóirí íseal-minicíochta agus ardchumhachta amach anseo.

 

⒋ Nuáil theicniúil chun friotaíocht brú hidreastatach a mhéadú

Faoi láthair, tá smaointe forbartha molta ag an bpobal acadúil mar na haigéin thrédhearcacha agus na haigéin fhaisnéisithe. Is é an sprioc ná ligean do theicneolaíocht faisnéise faoi uisce gach cúinne den aigéan a chlúdach, lena n-áirítear réigiúin pholacha agus trinsí abyssal. Dá bhrí sin, chuir siad ceanglais ar aghaidh maidir le húsáid trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce ar bhealach níos doimhne. Dúshlán fiú an cumas a bheith ag obair i bhfarraigí domhain. Tá dlúthbhaint ag cumas friotaíochta brú hidreastatach an trasducer le struchtúr an trasducer, go háirithe le haghaidh trasducers astaíochtaí íseal-minicíochta le rigidity struchtúrach íseal. Réitigh an teicneolaíocht struchtúr friotaíocht brú hidreastatach tar éis éirí ina ábhar tábhachtach i réimse na teicneolaíochta trasducer reatha amháin. Áirítear ar na modhanna agus na modhanna éifeachtacha atá ann faoi láthair chun an doimhneacht oibre a réiteach go príomha líonadh sreabhach, líonadh sreabhach meaitseála feadán comhlíontach, tacaíocht struchtúrach nádúrtha, cúiteamh sorcóir gáis ardbhrú, cúiteamh mála aeir, etc., ag doimhneacht oibre os cionn 1000m, is é an t-aon mhodh teicniúil éifeachtach ná teicneolaíocht líonadh sreabhach, lena n-áirítear an cineál ró-shreabhadh saor in aisce a úsáideann uisce farraige go díreach mar an sreabhach líonadh nó líonann sé roinnt meáin impedance ola chun cothromaíocht brú féin-statach a bhaint amach; laistigh de 1000m, is féidir an feadán comhlíonta brú-resistant a úsáid sa chuas leachtach ag an am céanna chun comhlíonadh na cuas leachtach a fheabhsú; Laistigh de 200m, is féidir le tacaíocht nádúrtha an struchtúir brú hidreastatach a sheasamh. Is féidir le roinnt trasducers a bhfuil rigidity struchtúrach an-íseal (cosúil le trasduchtóirí corna ag gluaiseacht) sorcóirí aeir ardbhrú a úsáid chun cúiteamh brú a sholáthar. Go ginearálta, laistigh de 100m, is féidir cúiteamh mála aeir a úsáid. Is féidir an trasducer struchtúr cuas a tugadh isteach thuas a dhearadh go ginearálta mar mhodh oibre líonta sreabhach chun obair dhomhain-uisce a bhaint amach. Sa chuid seo, tugtar roinnt samplaí iarratais de dhearadh struchtúir ola-líonta.

 

Foilsíodh obair thaighde Kendig . i 1965, cur i bhfeidhm comhcheangailte 4 trasduchtóir fadaimseartha diosca ceirmeach piezoelectric PZT-4, líonadh le ola silicone chun an neamhní a fhoirmítear idir an bhlaosc cruach a chosaint (lena n-áirítear an pláta rubair tarchurtha fuaime) agus an trasducer Tá an cuas ceangailte leis an seomra sreabhach cúil Tá an rubar fuaime-thréscaoilteach deiridh tosaigh agus an fhuinneog rubair deiridh i dteagmháil le huisce farraige chun cothromaíocht brú inmheánach agus seachtrach a bhaint amach. Is é bandaleithead oibre an trasducer 30-50kHz, agus tá staidéar turgnamhach déanta ar an obair laistigh den raon brú hidreastatach 0-6.9MPa. Saintréith, tá an modh cothromaíochta brú seo fós in úsáid i go leor eagair sonar domhainuisce. Taispeánann Fíor 22b trasduchtóir toroidal thar maoil le struchtúr ola-líonta. Tá an fáinne ceirmeach piezoelectric ar fionraí i sleeve rubair polúireatán, agus líontar an taobh istigh le ola silicone chun cothromaíocht brú a bhaint amach leis an domhan lasmuigh. Is ábhar tharchuir fuaime idéalach é an muinchille rubair polúireatán, tá tréithe oibre comhchosúla ag an gcineál seo trasdaitheora agus an fhoirm sciath insileadh díreach de rubar polúireatán. Le haghaidh feadán cruinn PZT-4 Φ 150mm ×Φ 140mm × 50mm, an anailís insamhalta agus staidéar turgnamh ar rubar polúireatán sa raon minicíochta 5 ～ 10kHz Cuirtear cóimhiotal tíotáiniam nó cruach in ionad ábhar an sleeve. Mar thoradh air sin, laghdaíonn an cóimhiotal tíotáiniam an freagra voltas astaíochta thart ar 6dB, agus laghdaíonn an cruach an freagra voltas astaíochta thart ar 12dB.

 

3. Conclúid

Ag féachaint ar stair forbartha céad bliain na teicneolaíochta trasducer, ó bhreith an chéad trasducer piezoelectric go dtí forbairt bhríomhar na teicneolaíochta trasducer nua-aimseartha, is minic a tháinig nuálaíochtaí teicneolaíochta i dtrasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce chun cinn. Áirítear ar phríomhspriocanna nuálaíochta agus forbairt na teicneolaíochta trasducer: próisis chasta a shimpliú, briseadh trí scrogaill theicniúla, teorainneacha teicniúla a athscríobh, feidhmíocht theicniúil chuimsitheach a fheabhsú, coincheapa nua agus meicníochtaí nua a mholadh, treoracha teicniúla nua a ghiniúint agus a fhorbairt, agus teoiric na ndisciplíní trasducer a dhoimhniú agus a shlánú Córas agus mar sin de. Tugann an t-alt seo isteach roinnt cásanna taighde a léiríonn dearadh nuálaíoch agus ceardaíocht fíorálainn an trasducer ó ghnéithe cur i bhfeidhm ábhar nua, struchtúr agus teicneolaíocht trasducer nua, etc.