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

ट्रांसड्यूसर सोनार का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। जल ध्वनिकी के इतिहास के परिप्रेक्ष्य से, पानी के नीचे ध्वनिकी के विकास का हर चरण ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी के विकास से अविभाज्य है। चूंकि हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर पानी के भीतर ध्वनिक इंजीनियरिंग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, इसलिए कई विकसित देशों ने अनुसंधान में भारी निवेश किया है। प्रथम विश्व युद्ध की शुरुआत से, पानी के भीतर ध्वनिक उपकरणों के विकास के इतिहास से, लैंग्विन प्रकार के ट्रांसड्यूसर से मिलकर पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक क्रिस्टल और धातु द्रव्यमान का उपयोग किया गया था। कई उत्पाद प्रतिस्थापनों के बाद, ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया गया। प्रदर्शन में काफी सुधार हुआ है. पिछले दो या तीन दशकों में, सैन्य मांग के कारण, विज्ञान और प्रौद्योगिकी का तेजी से विकास, नई ट्रांसड्यूसर सामग्रियों का निरंतर विकास और अनुप्रयोग, और ट्रांसड्यूसर डिजाइन, ट्रांसड्यूसर अनुसंधान में परिमित पीजो तत्व विश्लेषण का अनुप्रयोग। शास्त्रीय सिद्धांत और विश्लेषणात्मक तरीकों के आधार पर, कई नई अवधारणाएँ और विधियाँ सामने आई हैं। पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर उत्पाद प्रतिस्थापन के एक नए दौर का सामना कर रहा है। विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव डाइल्यूट ट्रांसड्यूसर, उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रोस्ट्रिक्टिव पीजो सिरेमिक ट्रांसड्यूसर, वेक्टर हाइड्रोफोन, पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट ट्रांसड्यूसर, कम आवृत्ति बड़े क्षेत्र पीवीडीएफ हाइड्रोफोन, फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन, आदि। यह ट्रांसड्यूसर अनुसंधान में नवीनतम विकास का प्रतिनिधित्व करता है। इस पहलू से, यह लेख पानी के नीचे सोनार ट्रांसड्यूसर के नवीनतम विकास पर नज़र रखता है।

विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर

1970 के दशक में, एई क्लार्क ने पाया कि दुर्लभ पृथ्वी मिश्र धातुओं में सुपर मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव गुण होते हैं। मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव प्रभाव के कारण होने वाले ये अधिकतम उपभेद उनसे 6 से 20 गुना बड़े हैं पीजोइलेक्ट्रिक ट्यूब ट्रांसड्यूसर का उपयोग पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर में किया जाता है, और ऊर्जा घनत्व लगभग 10 से 20 गुना है, और ध्वनि वेग पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का केवल 2/3 से 3/4 है, और दुर्लभ पृथ्वी सामग्री टेरफेनॉल 2 डी और पारंपरिक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री पीजेडटी -8 और निकल के बीच प्रदर्शन तुलना दी गई है। इसलिए, समान वॉल्यूम स्थितियों के तहत, टेरफेनोल2डी हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर की अनुनाद आवृत्ति होती है जो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर की अनुनाद आवृत्ति से 2/3 से 3/4 कम होती है। क्योंकि दुर्लभ पृथ्वी की विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री टेरफेनॉल 2 डी से बने ट्रांसड्यूसर में बड़ी संचरण शक्ति, छोटी मात्रा, हल्के वजन और उच्च तापमान वाले वातावरण की विशेषताएं हैं, इसे कम आवृत्ति-बहुत कम आवृत्ति उच्च शक्ति वाले पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर के विकास में प्राप्त किया जाता है। पर्याप्त ध्यान और अनुप्रयोग. 1980 के दशक में, विकसित देशों ने विभिन्न दुर्लभ पृथ्वी ट्रांसड्यूसर विकसित किए और उन्हें सैन्य क्षेत्र में लागू किया। स्वीडन ने माइनस्वीपिंग के लिए 151 किलोवाट की ध्वनि शक्ति के साथ घुमावदार दुर्लभ पृथ्वी ट्रांसड्यूसर सफलतापूर्वक विकसित किया है। चीन ने 1990 के दशक में अनुसंधान शुरू किया, लेकिन इसने तेजी से प्रगति की है। उन्होंने दुर्लभ पृथ्वी फ्लेक्सुरल ट्रांसड्यूसर, दुर्लभ पृथ्वी इनलाइड ट्रांसड्यूसर और अनुदैर्ध्य मिश्रित रॉड दुर्लभ पृथ्वी ट्रांसड्यूसर आदि सफलतापूर्वक विकसित किए हैं। टेरफेनोल2डी सामग्रियों की मुख्य विशेषताएं हैं (1) भंगुर सामग्री और कठिन मशीनिंग। (2) चूंकि दुर्लभ पृथ्वी सामग्री न केवल एक चुंबकीय प्रवाहकीय सामग्री है, बल्कि एक प्रवाहकीय सामग्री भी है, जब बाहरी चुंबकीय क्षेत्र बदलता है, तो दुर्लभ पृथ्वी ट्रांसड्यूसर के अंदर भंवर धारा हानि उत्पन्न होगी, और उच्च आवृत्तियों पर हानि बड़ी होगी। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर की तुलना में, विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर को चुंबकीय पूर्वाग्रह, प्रीस्ट्रेस, एड़ी वर्तमान हानि और गहरे पानी के मुआवजे जैसी समस्याओं को हल करने की आवश्यकता होती है। फिलहाल इन कमियों के कुछ समाधान मौजूद हैं। भंगुर सामग्री और बड़े एड़ी वर्तमान नुकसान की समस्या को हल करने के उद्देश्य से, विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री जीएमपीसी, पाउडर टेरफेनोल 2 डी का अध्ययन किया जाता है, बॉन्डिंग सामग्री को मिश्रित किया जाता है, और पाउडर धातु विज्ञान द्वारा दबाया और गठित किया जाता है। विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर के डिजाइन के लिए, फ्लेक्सुरल ट्रांसड्यूसर के उत्तेजना स्रोत के रूप में इसके बड़े विरूपण और उच्च ऊर्जा घनत्व का पूर्ण उपयोग करना एक लाभप्रद समाधान है। इसका उपयोग विभिन्न प्रकार की कम आवृत्ति, छोटी मात्रा और उच्च शक्ति रूपांतरण करने के लिए किया जा सकता है। दुर्लभ पृथ्वी विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्रियों के चुंबकीय पूर्वाग्रह, पूर्व-तनाव और अनुप्रयोग तकनीकों का सही चयन ट्रांसड्यूसर के प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव डालता है। आम तौर पर, चुंबकीय पूर्वाग्रह को मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव संतृप्ति मूल्य के 1/3 पर चुना जाता है, और बड़ी आउटपुट पावर प्राप्त करने के लिए पूर्व-तनाव को 7 एमपीए से 10 एमपीए तक चुना जाता है।

फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन

फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन तकनीक 1970 के दशक के अंत में अमेरिकी नौसेना प्रयोगशाला में शुरू हुई। फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन में उच्च संवेदनशीलता, मजबूत एंटी-इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप क्षमता, बड़ी गतिशील रेंज, छोटे आकार और हल्के वजन के फायदे हैं। Pzt4 पीज़ोइलेक्ट्रिक गोलार्ध । इसलिए, प्रौद्योगिकी के जन्म के साथ ही इसे अत्यधिक महत्व दिया गया और इसे राष्ट्रीय रक्षा की प्रमुख प्रौद्योगिकियों में से एक माना गया। 20 से अधिक वर्षों के विकास के बाद, फाइबर-ऑप्टिक हाइड्रोफोन तकनीक ने विकसित देशों में काफी प्रगति की है, और विभिन्न फाइबर-ऑप्टिक हाइड्रोफोन पेश किए गए हैं। उन्होंने ऑल-फाइबर हाइड्रोफोन पनडुब्बी ध्वनि निगरानी प्रणाली, टोड लाइन सरणी, पनडुब्बी अनुरूप सरणी इत्यादि को पूरा कर लिया है। विशेष रूप से, सॉलिड-स्टेट लेजर के सफल विकास ने ऑप्टिकल फाइबर के लिए अनुप्रयोगों की एक विशाल दुनिया खोल दी है। फ़ाइबर-ऑप्टिक हाइड्रोफ़ोन तकनीक की भी अच्छी शुरुआत है। यूनिट प्रोटोटाइप का प्रदर्शन अंतरराष्ट्रीय स्तर के करीब या पहुंच गया है, और फाइबर-ऑप्टिक हाइड्रोफोन सरणी प्रौद्योगिकी अनुसंधान किया गया है। लेजर प्रौद्योगिकी में सोनार अनुसंधान का प्रवेश निस्संदेह सोनार अनुसंधान में एक नया पृष्ठ खोलेगा। सभी प्रकार के फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन को फाइबर प्रकाश के चरण मॉड्यूलेशन या तीव्रता मॉड्यूलेशन को बनाने के लिए ध्वनि तरंग के प्रभाव के अनुसार डिज़ाइन किया गया है। फाइबर को मल्टीमोड फाइबर और सिंगल मोड फाइबर में विभाजित किया गया है। फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन ज्यादातर सिंगल मोड फाइबर से बना होता है। इंटरफेरोमीटर प्रकार और प्रकाश तीव्रता मॉड्यूलेशन प्रकार। ध्वनि दबाव की क्रिया के तहत, ऑप्टिकल फाइबर के मूल में तनाव उत्पन्न होता है जिससे अपवर्तक सूचकांक और लंबाई में परिवर्तन होता है। ये दो परिवर्तन ऑप्टिकल फाइबर में फैलने वाले लेजर के चरण मॉड्यूलेशन का कारण बनते हैं। इंटरफेरोमीटर प्रकार के फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन में ध्वनि क्षेत्र से प्रभावित होने वाले फाइबर को संवेदनशील फाइबर के रूप में उपयोग किया जाता है, और दूसरे को ध्वनि क्षेत्र से अलग किया जाता है। एक निश्चित चरण अंतर वाले फाइबर का उपयोग संदर्भ फाइबर के रूप में किया जाता है, जिसे इंटरफेरोमीटर और फोटोइलेक्ट्रिक कनवर्टर की भुजाओं पर रखा जाता है। संश्लेषण के बाद, प्राप्त फोटोमल्टीप्लायर की सतह पर हस्तक्षेप बनता है, और ध्वनिक जानकारी का पता लगाया जाता है। क्योंकि प्रकाश की तरंग दैर्ध्य बहुत छोटी है, ध्वनि दबाव के कारण सिग्नल का मामूली तनाव प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के संबंध में एक छोटा बदलाव नहीं है, और इस प्रकार आउटपुट प्रकाश की तीव्रता में एक बड़ा परिवर्तन होता है, इसलिए फाइबर हस्तक्षेप प्रकार के हाइड्रोफोन की संवेदनशीलता विशेष रूप से अधिक होती है। फाइबर इंटरफेरोमीटर के फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन द्वारा हासिल किया गया तकनीकी प्रदर्शन इस प्रकार है: प्राप्त वोल्टेज संवेदनशीलता: - 140dB (0dB = 1V/μPa) चरण संवेदनशीलता: 2. 56 × 10 - 8 रेड / μPa .आवृत्ति प्रतिक्रिया: 16Hz ~ 10kHz (उतार-चढ़ाव ≤ 3dB) दिशात्मकता: सर्वदिशात्मक (उतार-चढ़ाव ≤ 2. 5dB) सभी तीव्रता प्रकार के हाइड्रोफोन में, ग्रेटिंग प्रकार का हाइड्रोफोन एक नया, सिद्ध और प्रभावी पानी के नीचे ध्वनिक डिटेक्टर है। 

आउटपुट को घटना ध्वनि क्षेत्र के प्रत्यक्ष तीव्रता मॉड्यूलेशन के रूप में व्यक्त किया जाता है। इसका मुख्य कार्य सिद्धांत ध्वनि क्षेत्र की कार्रवाई के तहत निरंतर प्रकाश स्रोत और प्रकाश रिसीवर के बीच दो झंझरी के सापेक्ष विस्थापन का कारण बनता है, और प्राप्त तीव्रता दो झंझरी के सापेक्ष विस्थापन का एक कार्य है, ताकि ध्वनि क्षेत्र को रूपांतरित किया जा सके। तीव्रता मॉड्यूलेशन के लिए. ग्रेटिंग हाइड्रोफोन में अनिवार्य रूप से एक छोटे से अंतराल के साथ दो अक्षीय रूप से संरेखित ऑप्टिकल वेवगाइड (या फाइबर) होते हैं और अंतर में एपर्चर जो ट्रांसमिशन को नियंत्रित करते हैं, आवश्यक तीव्रता मॉड्यूलेशन प्रदान करते हैं। हाइड्रोफ़ोन प्रत्यक्ष तीव्रता मॉड्यूलेशन डिवाइस के सभी लाभ प्रदान करता है और सस्ता है। ग्रेटिंग विधि अपेक्षाकृत उच्च संवेदनशीलता प्राप्त कर सकती है, और डिवाइस का निर्माण करना आसान है, बिना किसी उन्नत ऑप्टिकल तकनीक के, और इसकी गतिशील रेंज 160 डीबी तक है, और इसमें 0.01 ए से कम ध्वनि के कारण होने वाले विस्थापन का पता लगाने की क्षमता है। इसके अलावा, ग्रेटिंग घनत्व, ऑफसेट, ऑप्टिकल पावर और हाइड्रोफोन संरचना की लचीली पसंद के कारण, संवेदनशीलता, गतिशील रेंज, आकार और ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज के डिजाइन में अधिक लचीलापन है। फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन के लिए, फोटोडायोड पर वर्तमान उतार-चढ़ाव के कारण होने वाला शॉट शोर इसके शोर का मुख्य स्रोत है और इसे अक्सर सैद्धांतिक शोर सीमा के रूप में जाना जाता है। इसके अलावा, बीम संरेखण, संदर्भ बीम अलगाव और स्रोत कंपन अलगाव का प्रदर्शन पर सीधा प्रभाव पड़ता है। फ़ाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफ़ोन का सबसे बड़ा नुकसान बड़ा तापमान प्रभाव है।