पानी के नीचे सोनार ट्रांसड्यूसर में उपयोग किए जाने वाले नए विकास पीजो सिरेमिक(2)

निष्क्रिय सोनार के पता लगाने के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए, अनुसंधान ने एक वेक्टर हाइड्रोफोन विकसित किया है जो ध्वनि क्षेत्र में स्केलर पैरामीटर (ध्वनि दबाव) और वेक्टर पैरामीटर (कंपन गति) को प्राप्त और उपयोग कर सकता है, जिससे ध्वनि क्षेत्र में जानकारी का पूरा उपयोग किया जा सकता है। वेक्टर हाइड्रोफोन और उनके अनुरूप सिग्नल प्रोसेसिंग प्रौद्योगिकियां उन नई प्रौद्योगिकियों में से हैं जिन्हें वर्तमान में अंतरराष्ट्रीय स्तर पर विकसित किया जा रहा है। SURTASS प्रणाली में वेक्टर हाइड्रोफोन का अनुप्रयोग बाएं और दाएं तरफ धुंधलेपन की समस्या को हल करता है। वेक्टर हाइड्रोफोन का पता लगाने के लिए वेक्टर हाइड्रोफोन के रवैये, ड्रैग गति और प्रवाह शोर का व्यवस्थित अध्ययन करने के लिए वेक्टर हाइड्रोफोन ड्रैग लाइन सरणी का उपयोग किया जाता है। वेक्टर हाइड्रोफोन के विकास ने मूल रूप से संरचनात्मक क्रमबद्धता और कार्यात्मक उपयोगिता हासिल की है जो विभिन्न इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। कई इकाइयों ने इस क्षेत्र में अनुसंधान शुरू कर दिया है। एक दशक के अनुसंधान और प्रौद्योगिकी परिचय के बाद, उन्होंने इंजीनियरिंग के व्यावहारिक चरण की ओर भी बढ़ना शुरू कर दिया है। संरचनात्मक रूप के संदर्भ में, ध्वनि दबाव ढाल हाइड्रोफोन को कंपन गति हाइड्रोफोन भी कहा जाता है, और इसे एक डबल ध्वनि दबाव हाइड्रोफोन, एक विभेदक दबाव प्रकार और एक समरूप गोलाकार प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। डबल-ध्वनि हाइड्रोफोन प्रकार सीधे दो ध्वनि दबाव हाइड्रोफोन से बना है, और फिक्स्ड-शेल प्रकार ध्वनि दबाव ढाल हाइड्रोफोन में एक निश्चित आवरण होता है, और डबल टुकड़े टुकड़े में होता है पीजोइलेक्ट्रिक गोलार्ध पीजो सिरेमिक बाहरी आवरण पर तय होते हैं, और दबाव तय होता है। विद्युत प्लेट उसकी मोटाई की दिशा में ध्वनि दबाव प्रवणता की क्रिया के तहत झुकने वाले कंपन के अधीन होती है। संवेदनशील घटकों को तीन ऑर्थोगोनल दिशाओं में रखा गया है और उनका चरण केंद्र समान है, जो एक त्रि-आयामी वेक्टर हाइड्रोफोन का निर्माण करता है। ध्वनि दबाव हाइड्रोफोन और वेक्टर हाइड्रोफोन संरचनात्मक रूप से एकीकृत होने के बाद, पूरा गोलाकार होता है, और समुद्र के पानी में उछाल शून्य होता है। समान-कंपन मिश्रित वेक्टर हाइड्रोफोन (इसके बाद वेक्टर हाइड्रोफोन के रूप में संदर्भित) का निर्माण किया जाता है, और दोनों के आउटपुट सिग्नल संसाधित होते हैं। सह-कंपन वेक्टर हाइड्रोफोन पानी को नहीं छूता है, और सेंसर सेंसर के समग्र स्पंदन पर प्रतिक्रिया करता है, जिसके लिए मुफ्त स्थापना की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 20 हर्ट्ज से 6000 हर्ट्ज और एमपी = -180 डीबी की ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज वाला वेक्टर हाइड्रोफोन। सह-कंपन वेक्टर हाइड्रोफोन के अलावा, एक अंतर दबाव प्रकार भी है। डिफरेंशियल प्रेशर वेक्टर हाइड्रोफोन मध्यम पानी से संपर्क करता है और सेंसर की समग्र गति पर ही नहीं, बल्कि उच्च आवृत्ति रेंज पर भी प्रतिक्रिया करता है। वेक्टर हाइड्रोफोन की दिशात्मकता कोसाइन आकार की होती है। अभिविन्यास प्राप्त करने के लिए यूनिडायरेक्शनल दिशात्मक बीम शार्पनिंग और बीम के इलेक्ट्रॉनिक रोटेशन को प्राप्त किया जा सकता है। वेक्टर हाइड्रोफ़ोन की ऑपरेटिंग आवृत्ति कुछ सौ हर्ट्ज़ से लेकर कई दसियों किलोहर्ट्ज़ तक हो सकती है। सिग्नल प्रोसेसिंग के बाद, ध्वनि दबाव सिग्नल ऊर्जा की तुलना में ध्वनि ऊर्जा प्रवाह शोर को 10-20dB तक दबा सकता है। एकल वेक्टर हाइड्रोफोन की ओरिएंटेशन सटीकता ±2° है और विशेष उपचार के बाद यह 1° तक हो सकती है।

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर

1978 की शुरुआत में, यह एक पीजो सिरेमिक चरण और एक पॉलिमर चरण बंधी संरचनात्मक सामग्री प्रस्तावित है। इस सामग्री में पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की तुलना में विशेष रूप से उच्च हाइड्रोस्टैटिक पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक है और यह पीजेडटी पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की तुलना में बहुत बड़ा है, जो इसे गहरे पानी के अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है। इसकी विशेषता प्रतिबाधा छोटी है, पानी, आवृत्ति बैंडविड्थ से मेल खाना आसान है, और इसकी विशेषताओं को पीजो सिरेमिक के अनुपात को बदलकर भी समायोजित किया जा सकता है। अब तक, दर्जनों मिश्रित पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री विकसित की जा चुकी है। उनमें से, 222, 123 और 023, 321 दो-चरण मिश्रित सामग्री को आम तौर पर सबसे आशाजनक भविष्य का सोनार रूपांतरण माना जाता है। 023 मिश्रित सामग्री, जो सिरेमिक पाउडर सामग्री और रबर से बनी होती है, इसे पीजोइलेक्ट्रिक रबर कहा जाता है। इसमें रबर की कोमलता और लचीलापन है, जो साधारण पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की तुलना में 20 गुना है, जो पीवीडीएफ के बराबर है। ये फायदे इसे सतही हाइड्रोफोन के लिए उपयुक्त बनाते हैं। पीजोइलेक्ट्रिक रबर को कुछ मिलीमीटर मोटा बनाना आसान है, जो पीवीडीएफ पर इसका लाभ है। नैनोसंरचित मिश्रित पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों पर भी शोध किया गया है। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को संसाधित किया जाता है और फिर मिश्रित पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री में डाला जाता है। एक अन्य विधि पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को पाउडर में संसाधित करना है। फिर इसे सिंटर किया जाता है और अन्य सामग्रियों के साथ मिलाकर बनाया जाता है। यह विषय क्षेत्र अभी अध्ययनाधीन है। मैटेरियल्स सिस्टम्स ने 250 × 250 मिमी के मानक आकार के साथ एक बड़े पैमाने पर मिश्रित हाइड्रोफोन मॉड्यूल को सफलतापूर्वक विकसित किया है। इसने एक मॉडल 123 भी विकसित किया है नए हल्के इलेक्ट्रिक टारपीडो संग्रह और वोकल बेस में उपयोग के लिए पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट ट्रांसड्यूसर ऐरे। इसने 123-कनेक्टेड पीजो सिरेमिक कॉलम और एपॉक्सी कम्पोजिट सतह तत्व हाइड्रोफोन मॉड्यूल भी विकसित किया है, आकार 100 × 180 मिमी है, और 1. 9 मीटर की मैट्रिक्स लंबाई और 60KHz पर 200 मिमी की चौड़ाई के साथ 18-तत्व वाइड-फेस लाइन ऐरे का गठन करता है। निम्नलिखित वाइडबैंड संवेदनशीलता -190dB से अधिक है और उतार-चढ़ाव 2dB से कम है। सिद्धांत और प्रयोग दोनों साबित करते हैं कि मिश्रित सामग्री पॉलिमर सामग्री के सुपरचार्जिंग प्रभाव के कारण उत्सर्जन प्रतिक्रिया और संवेदनशीलता को 3dB~5dB तक बढ़ा सकती है। हार्ड कवर जोड़ने के बाद, प्रभाव अधिक स्पष्ट है और इसे 10dB तक सुधारा जा सकता है।

शिपबोर्ड साइड ऐरे सोनार एंटी-शिप सतह की अशांति शोर हस्तक्षेप क्षमता में सुधार करने के लिए, शोर से संबंधित त्रिज्या की विशेषताओं के अनुसार शिपबोर्ड साइड ऐरे सोनार में एक बड़े क्षेत्र के हाइड्रोफोन का उपयोग किया जाता है। पीवीडीएफ पीजोइलेक्ट्रिक फिल्म बड़े क्षेत्र के हाइड्रोफोन बनाने के लिए एक आदर्श पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री है। यह बनावट में हल्का, लचीला और घुमावदार आकार बनाने में आसान है। 200 × 300 × 0.2 मिमी के क्षेत्र की पीवीडीएफ फिल्म के साथ एक बड़े क्षेत्र के हाइड्रोफोन का उत्पादन किया गया है, और कई सौ हर्ट्ज से 4 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति रेंज में संवेदनशीलता लगभग -200 डीबी है। PVDF पीजोइलेक्ट्रिक फिल्मों के अलावा, 1990 के दशक में, एक नई पीजोइलेक्ट्रिक फिल्म सामग्री PVDF-TrFE (VF2) विकसित की गई थी। जो पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ) और पॉलीट्राइफ्लुओरोएथिलीन (टीआरएफई) से बना एक फेरोइलेक्ट्रिक पॉलिमर कॉपोलीमर है, और इलेक्ट्रॉनिक रूप से विकिरण संशोधन है। इस नई सामग्री में पीवीडीएफ पीजोइलेक्ट्रिक फिल्मों और पार्श्व मोड की समस्याओं के तापमान और दबाव स्थिरता की समस्याओं को हल करने की क्षमता है, और संवेदनशीलता में भी थोड़ा सुधार हुआ है।

1997 से 2000 तक, इंस्टीट्यूट ऑफ सेरामिक्स और शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय ने क्रमिक रूप से एक प्रकार की आरामदायक आयरन वोल्टेज इलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल सामग्री विकसित की, जिसे PMN2PT और PZN2PT कहा जाता है। इस सामग्री में ऊर्जा भंडारण घनत्व, इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक, ढांकता हुआ स्थिरांक और सामान्य पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की तुलना में अधिक सुधार होता है, और इसमें अवशिष्ट ध्रुवीकरण होता है, और डीसी पूर्वाग्रह की आवश्यकता नहीं होती है। PMN2PT के प्रदर्शन पैरामीटर दिए गए हैं। 1950 के दशक में पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के आगमन के बाद से साइंस और नेचर जैसी पत्रिकाओं द्वारा इसे एक दशक में एक दुर्लभ और रोमांचक सफलता के रूप में दर्जा दिया गया है। हालाँकि, अभी भी कमियाँ हैं जैसे कम यांत्रिक तन्य शक्ति और तापमान, आवृत्ति और विद्युत क्षेत्र के साथ विभिन्न जटिलताएँ, और लागत बहुत अधिक है। इसे टाइप IV बेंट लो फ्रीक्वेंसी हाई पावर ट्रांसड्यूसर बनाया गया है, जो PZT28 सामग्री से बने समान संरचना वाले ट्रांसड्यूसर से 5 डीबी अधिक है। PMN2X के फेरोइलेक्ट्रिक बॉडी के एक हिस्से को उच्च-शक्ति उत्सर्जक सामग्री के रूप में उपयोग करने के लिए डीसी-ध्रुवीकृत विद्युत क्षेत्र की आवश्यकता होती है।