पानी के भीतर जांच अनुप्रयोग में पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर का विकास

पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर मुख्य उपकरण है जो पानी के नीचे के लक्ष्यों का पता लगाने, पहचानने और पता लगाने, या पानी के नीचे संचार करने और रिपोर्ट भेजने के लिए ध्वनि तरंगों का उपयोग करता है। ध्वनि तरंगों को उत्सर्जित करने के लिए जिस ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है उसे ट्रांसमीटर कहा जाता है। जब ट्रांसड्यूसर उत्सर्जक अवस्था में होता है, तो यह विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा और फिर ध्वनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है। वर्तमान में, पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री, विशेष रूप से कम-आवृत्ति ट्रांसड्यूसर के साथ डिज़ाइन किए गए पारंपरिक ट्रांसड्यूसर सरणी तत्वों में उनकी संरचनात्मक विशेषताओं के कारण बड़ी मात्रा और वजन होता है, जो न केवल विनिर्माण, उपयोग और रखरखाव की लागत में वृद्धि करता है, बल्कि प्लेटफ़ॉर्म के लिए विशेष सुविधाओं का भी प्रस्ताव करता है। आवश्यकताएँ और गठन के पैमाने और रूप को सीमित करती हैं, जिससे रणनीति और तकनीकी संकेतक सीमित हो जाते हैं। ध्वनिक सरणी के आकार और रूप की समस्या को कैसे हल करें, कम-आवृत्ति और उच्च-आवृत्ति सोनार सरणी के संरचनात्मक डिजाइन को कैसे एकीकृत करें, और नए सरणी तत्व संरचना के आधार पर, ध्वनि में सुधार करने के लिए बड़े पैमाने पर अनुरूप सरणी को संयोजित करके नाजी सरणी के विभिन्न तकनीकी संकेतक निस्संदेह मंच और पानी के नीचे के हथियारों के लड़ाकू प्रदर्शन को खेलने और हमारी सेना की पानी के नीचे युद्ध क्षमताओं में सुधार करने की तत्काल आवश्यकता है।

 

1 नए प्रकार का पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट ट्रांसड्यूसर

चित्र 3.1 मून बड पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट ट्रांसड्यूसर का ऐरे तत्व और क्रॉस-सेक्शनल दृश्य

चित्र 3.2 झांझ ट्रांसड्यूसर का ऐरे तत्व और क्रॉस-सेक्शन दृश्य

मूनबड प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक अंडरवाटर ध्वनिक ट्रांसड्यूसर (चित्र 3.1) और सिम्बल प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट ट्रांसड्यूसर (चित्र 3.2) वर्तमान में विदेशों में केंद्रित सबसे अधिक प्रतिनिधि फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर हैं। इन दो संरचनाओं के पीज़ोइलेक्ट्रिक मिश्रित ट्रांसड्यूसर का नाम उनके धातु अंत कैप के आकार के आधार पर रखा गया है। चंद्रमा कली संरचना की धातु अंत टोपी गुहा एक चंद्रमा कली प्रकार है, जबकि झांझ संरचना की धातु अंत टोपी गुहा एक झांझ प्रकार है, और गुहा हवा है। वे सभी धातु और पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के मिश्रण से बने हैं। सिरेमिक के अंदर तनाव वितरण को बदलने के लिए धातु-पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक मिश्रित सामग्री को प्लेट-आकार, खोल-आकार और टोपी-आकार वाली धातुओं के माध्यम से पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के साथ जोड़ा जाता है, जिससे पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के प्रदर्शन में सुधार होता है। इसकी मुख्य विशेषताएं सरल डिजाइन, आसान प्रसंस्करण और कम लागत हैं। मून बड पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट ट्रांसड्यूसर और सिम्बल पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट ट्रांसड्यूसर अच्छा पीजोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन दिखाते हैं। यह संरचना टोपी के आकार की धातु और सिरेमिक इंटरफ़ेस के बीच तनाव रूपांतरण के माध्यम से सिरेमिक इंटरफ़ेस के तनाव वितरण को बदलती है, और समग्र सामग्री को अनुदैर्ध्य पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन और अनुप्रस्थ पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन एक योगात्मक प्रभाव उत्पन्न करती है, जिससे सामग्री के पीज़ोइलेक्ट्रिक युग्मन प्रदर्शन डीएच में काफी सुधार होता है। उनमें से, चंद्रमा कली संरचना मिश्रित सामग्री का डीएच पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की तुलना में 10-20 गुना अधिक है। टोपी की संरचना पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक से 30-40 गुना अधिक हो सकती है। चंद्रमा की कली और टोपी के आकार के धातु-पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक कंपोजिट और पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की प्रदर्शन तुलना तालिका 3.1 में दिखाई गई है।

 

2 झांझ ट्रांसड्यूसर

चित्र 4.1 झांझ ट्रांसड्यूसर सरणी तत्व की मूल संरचना का अनुभागीय दृश्य

चित्र 4.2 झांझ सरणी तत्व के सिरेमिक चिप का रेडियल विस्थापन धातु टोपी की मोटाई दिशा में विस्थापन में बदल जाता है

सरणी तत्व संरचना: सरणी तत्व की मूल संरचना चित्र 4.1 में दिखाई गई है। यह धातु की शीट के दो टुकड़ों को एक झांझ के आकार और एक पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक शीट में जोड़कर बनाया जाता है। धातु शीट की सामग्री टाइटेनियम मिश्र धातु, पीतल, मिश्र धातु इस्पात, आदि हो सकती है। धातु शीट सामग्री के रूप में टाइटेनियम मिश्र धातु का उपयोग झांझ तत्व को पानी के दबाव के प्रति अधिक प्रतिरोधी बना सकता है। तत्व व्यास dp=10mm के लिए, झांझ पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर 600 मीटर की गहराई पर दबाव का सामना कर सकता है। हालाँकि, टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री पीतल और मिश्र धातु इस्पात सामग्री की तुलना में अधिक महंगी हैं। इसलिए, जब पानी की गहराई पर विचार नहीं किया जाता है तो टाइटेनियम मिश्र धातु सामग्री अपेक्षाकृत सीमित होती है। मिश्र धातु इस्पात सामग्री की तुलना में, पीतल के झांझ सरणी तत्वों में बेहतर पीज़ोइलेक्ट्रिक गुण होते हैं जब उन्हें एक साथ झांझ सरणी तत्वों पर लागू किया जाता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की सामग्रियों में मुख्य रूप से PZT-4, PZT-8 और PZT-5 भी शामिल हैं। जब सिम्बल ट्रांसड्यूसर का उपयोग ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर के रूप में किया जाता है, तो PZT-4 और PZT-8 पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का उपयोग आमतौर पर प्राप्त ट्रांसड्यूसर के रूप में किया जाता है। जब उपयोग किया जाता है, तो आमतौर पर PZT-5 पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का उपयोग किया जाता है। कार्य सिद्धांत: जब वोल्टेज को झांझ सरणी तत्व के दो ध्रुवों पर लागू किया जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अनुदैर्ध्य और पार्श्व कंपन उत्पन्न करेगा। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का अनुदैर्ध्य कंपन सरणी तत्व की दो धातु प्लेटों को सीधे अनुदैर्ध्य विस्थापन उत्पन्न करता है; पार्श्व विस्थापन के कारण धातु की शीट रेडियल दिशा में संकुचित या विस्तारित हो जाती है। झांझ के विशेष आकार के कारण, यह धातु शीट के शीर्ष के अनुदैर्ध्य विस्थापन का भी कारण बनता है, जैसा चित्र 4.2 में दिखाया गया है। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के अनुदैर्ध्य और रेडियल दोनों विस्थापन धातु अंत टोपी को अनुदैर्ध्य विस्थापन का कारण बनेंगे, और दो विस्थापनों के सुपरपोजिशन का परिणाम धातु अंत टोपी का विस्थापन है, जिसके परिणामस्वरूप धातु अंत टोपी के विस्थापन का प्रवर्धन होता है।

 

झांझ की 3 विशेषताएँ और अनुप्रयोग संभावनाएँ पीज़ोइलेक्ट्रिक अंडरवाटर ध्वनिक ट्रांसड्यूसर

3.1 झांझ पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर की विशेषताएं

1) सरणी तत्व आकार में छोटा है, स्थैतिक दबाव और पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक में उच्च है, पानी के माध्यम से मेल खाना आसान है, और इसमें बहुत बड़ी बैंडविड्थ है; उनमें से, अवतल सरणी तत्व डिज़ाइन और विशेष हाइड्रोस्टैटिक बैलेंस डिज़ाइन का उपयोग मूल सरणी की कार्यशील गहराई सीमा को तोड़ने के लिए किया जाता है।

2) पानी के नीचे के प्लेटफार्मों और पानी के नीचे के हथियारों के लिए व्यापक रूप से लागू ध्वनिक सेंसर और सरणियों का एक प्रकार प्रदान करें। इस प्रकार की ध्वनिक सरणी आकार में छोटी, वजन में हल्की होती है और इसमें अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। दावा करना।

3) नए सिम्बल ऐरे की छोटी और हल्की विशेषताओं के कारण इसे बड़े पैमाने पर असेंबल किया जा सकता है।

4) प्रत्येक आवृत्ति बैंड की सरणी संरचना को विभिन्न पैमानों की झांझ संरचना में एकीकृत करने के लिए झांझ सरणी तत्व डिजाइन सिद्धांत और विशेष सॉफ्टवेयर का उपयोग करें, ताकि प्रत्येक आवृत्ति बैंड को अनुकूलित और विकसित किया जा सके।

यह अनावश्यक और थकाऊ परीक्षणों से भी बचाता है और एक तेज़ और एकीकृत नई झांझ सरणी डिजाइन और विकास विधि बनाता है। इस पद्धति का उपयोग करके, समान ऑपरेटिंग आवृत्तियों वाले उत्पादों को विकसित करने के अलावा, नए कम-आवृत्ति, उच्च-आवृत्ति सरणी तत्व और विभिन्न आवृत्ति बैंड में काम करने वाले बुनियादी सरणी भी विकसित किए जाएंगे।

 

3.2 आवेदन की संभावनाएँ

1) पानी के अंदर संचार: क्योंकि सिम्बल सोनार ट्रांसड्यूसर में छोटे आकार, हल्के वजन, आसान तैनाती, उच्च संवेदनशीलता आदि की विशेषताएं हैं, सिम्बल सोनार सरणी तत्वों को पानी के नीचे संचार के लिए एक रैखिक सरणी में बनाया जा सकता है, या पानी के नीचे संचार प्रणाली इकाई बड़े क्षेत्र और लंबी दूरी के पानी के नीचे संचार का एहसास करने के लिए एक पानी के नीचे संचार नेटवर्क स्थापित करती है, और युद्ध की जरूरतों के अनुसार पानी के नीचे की रक्षा स्थिति को तुरंत बदल सकती है, जिससे पानी के नीचे संचार तेज और लचीला हो जाता है।

2) टारपीडो मार्गदर्शन के लिए उपयोग किया जाता है: सिम्बल सोनार में उच्च ग्रहण संवेदनशीलता होती है। टारपीडो ट्रैकिंग और मार्गदर्शन का एहसास करने के लिए सिम्बल सोनार को निष्क्रिय टॉरपीडो पर लगाया जा सकता है।

3) पनडुब्बी प्राप्त करने वाले सोनार के लिए उपयोग किया जाता है: झांझ सोनार सरणी तत्वों को एक सामान्य सरणी में बनाया जा सकता है, जिसे पता लगाने और स्थिति के कार्यों को करने के लिए पनडुब्बी के सिर या किनारे पर व्यवस्थित किया जा सकता है।

4) अन्य: टोइंग सोनार, माइन अवॉइडेंस सोनार, डिपिंग सोनार आदि के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।