पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर के विकास में तकनीकी नवाचार(2)

     पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर के विकास में तकनीकी नवाचार(2)

आयरन-गैलियम मिश्र धातु (गैल्फेनॉल) एक नई प्रकार की मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री है जो हाल के वर्षों में उभरी है। इसका मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव स्ट्रेन निकेल और टेरफेनॉल-डी के बीच 300 पीपीएम पर है (पीपीएम एक माइक्रोवेरिएबल है, जो ΔL/L=10- 6 का प्रतिनिधित्व करता है) ऊपर, टेरफेनॉल-डी की तुलना में, इसमें उच्च सापेक्ष पारगम्यता (>100), अच्छी मशीनेबिलिटी, उच्च तापमान स्थिरता और उच्च तन्यता ताकत के फायदे हैं। क्योंकि लौह-गैलियम मिश्र धातु सामग्री में अच्छा मशीनिंग प्रदर्शन और उच्च यांत्रिक शक्ति होती है, इसका उपयोग फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर हाउसिंग को डिजाइन और संसाधित करने के लिए किया जा सकता है। चित्र 2बी लौह-गैलियम मिश्र धातु आवास के साथ अवतल बैरल फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर का एक शोध उदाहरण है। पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर संचालित होता है वाइब्रेटर Φ20 मिमी × 40 मिमी लौह-गैलियम मिश्र धातु तत्वों और नियोडिमियम-लौह-बोरॉन स्थायी चुंबक शीट से बना होता है, और विकिरणकारी खोल के साथ एक बंद चुंबकीय सर्किट बनाता है। प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि ट्रांसड्यूसर उत्सर्जन वर्तमान प्रतिक्रिया 168.4dB (गुंजयमान आवृत्ति 1750Hz) है, जो समान ज्यामितीय आकार के ड्यूरालुमिन से बेहतर है। हाउसिंग ट्रांसड्यूसर (गुंजयमान आवृत्ति 1900Hz) में लगभग 5dB का सुधार हुआ है, जो सक्रिय हाउसिंग के डिज़ाइन लाभों को दर्शाता है।

 

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव-पीजोइलेक्ट्रिक संयुक्त उत्तेजना ब्रॉडबैंड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर के शोध परिणाम 2000 में प्रकाशित हुए। अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर संयुक्त रूप से टेरफेनोल-डी इकाई और पीजेडटी स्टैक द्वारा संचालित होता है, जो 1.8KHz और 3.5KHz दोहरे अनुनाद शिखर युग्मन के ब्रॉडबैंड संचालन का एहसास करता है। विशेषताएँ, साहित्य ने यह भी बताया कि इस प्रकार के ट्रांसड्यूसर से बना 4×4 उच्च-शक्ति प्लानर सरणी, सरणी का ध्वनि स्रोत स्तर 1.5-6kHz आवृत्ति बैंड में 225dB से अधिक है।

 

टेरफेनोल-डी मल्टी-यूनिट ड्राइव अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर, लेखक ने ड्राइव यूनिट को सरलता से डिजाइन किया है, इसकी संरचना गतिशील चुंबकीय सर्किट से स्थैतिक चुंबकीय क्षेत्र को अलग करने के लिए एक पूर्वाग्रह चुंबकीय क्षेत्र को लागू करने के लिए एक स्थायी चुंबक आस्तीन का उपयोग करती है, और गतिशील चुंबकीय कम पारगम्यता वाले स्थायी चुंबक तत्वों को सड़क में टाला जाता है, और चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा ड्राइविंग प्रभाव बढ़ जाता है; ड्राइव यूनिट का भौतिक आरेख है। ऐसी 4 ड्राइव इकाइयां फ्रंट कवर और टेल मास के साथ कम-आवृत्ति अनुदैर्ध्य प्रतिस्थापन बनाने के लिए यांत्रिक रूप से श्रृंखला में जुड़ी हुई हैं। ऊर्जा उपकरण, केंद्रीय पेंच पूर्व-प्रतिबलित है; चित्र 3सी पैकेजिंग के बाद ट्रांसड्यूसर की वास्तविक तस्वीर है, ट्रांसड्यूसर की गुंजयमान आवृत्ति 1.6kHz है, और ध्वनि स्रोत स्तर 177bB है।

 

मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव ट्रांसड्यूसर का चुंबकीय सर्किट डिजाइन बहुत महत्वपूर्ण है। बटलर ने अवतल बैरल फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर को एक उदाहरण के रूप में लिया और परिमित तत्व विश्लेषण के माध्यम से छह चुंबकीय सर्किट योजनाओं के कामकाजी प्रभावों की तुलना की। चित्र 4ए-एफ की चुंबकीय सर्किट संरचनाएं क्रमशः .निरंतर दुर्लभ पृथ्वी रॉड प्लस शुद्ध लौह चुंबकीय पारगम्य सहायक अंत कवर और आस्तीन, निरंतर दुर्लभ पृथ्वी बार प्लस शुद्ध लौह पारगम्य सहायक अंत कवर, शुद्ध लौह पारगम्य सहायक के बिना निरंतर दुर्लभ पृथ्वी बार, दुर्लभ पृथ्वी रॉड और स्थायी चुंबक टुकड़ा प्लस शुद्ध लौह पारगम्य अनुलग्नक अंत कवर और आस्तीन का संयोजन, दुर्लभ पृथ्वी रॉड और स्थायी चुंबक टुकड़ा संयोजन प्लस शुद्ध लौह चुंबकीय पारगम्य सहायक अंत कवर, दुर्लभ पृथ्वी रॉड और शुद्ध के बिना स्थायी चुंबक टुकड़ा संयोजन हैं लौह पारगम्य चुंबकीय सहायक, प्रभावी इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक की गणना क्रमशः 0.33, 0.30, 0.27, 0.23, 0.21, और 0.20 की जाती है, जो दर्शाता है कि दुर्लभ पृथ्वी वाइब्रेटर का प्रभावी इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक एक निरंतर दुर्लभ पृथ्वी रॉड से एक स्थायी चुंबक शीट के साथ संयुक्त दुर्लभ पृथ्वी रॉड में बदल जाता है। शुद्ध लौह चुंबकीय पारगम्य सहायक उपकरण के अंत कैप और आस्तीन दुर्लभ पृथ्वी वाइब्रेटर के इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन प्रदर्शन में सुधार पर एक निश्चित प्रभाव डालते हैं, लेकिन टेरफेनोल-डी जैसे कम सापेक्ष पारगम्यता वाली ड्राइविंग सामग्री के लिए, सुधार छोटा है, और प्रभावी इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक 0.20 से 0.23 या 0.27 से 0.33 द्वारा निर्धारित किया जाता है।

 

 

2. पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री और उनके ट्रांसड्यूसर की एक नई पीढ़ी

20वीं सदी के पूर्वार्ध तक, सभी पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियां एकल क्रिस्टल थीं। पॉलीक्रिस्टलाइन पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक बेरियम टाइटेनेट की खोज पहली बार 1950 के दशक में की गई थी, इसके बाद 1960 के दशक में लेड जिरकोनेट टाइटेनेट (PZT) की खोज की गई थी। इन पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का प्रदर्शन शुरुआती एकल क्रिस्टल से कहीं अधिक है, और PZT तब से पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर की मुख्य कार्यात्मक सामग्री बन गया है।

1990 के दशक के मध्य में, नए पीजोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल लेड मैग्नीशियम नाइओबेट-लीड टाइटेनेट (पीएमएन-पीटी) और लेड जिंक नाइओबेट-लेड टाइटेनेट (पीजेडएन-पीटी) की खोज की गई, इन दो पीजोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल सामग्रियों में बहुत अधिक संतृप्ति तनाव (1% से अधिक), कम नुकसान और उच्च पीजोइलेक्ट्रिक युग्मन गुणांक (0.9 से अधिक) है, जो शक्ति बढ़ाने और आवृत्ति बैंड को दिशा में चौड़ा करने के संभावित फायदे दिखाता है। पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर। हाल के वर्षों में, टर्नरी लेड इंडियम नाइओबेट-लीड मैग्नीशियम नाइओबेट-लीड टाइटेनेट (पिन-पीएमएन-पीटी) और मैंगनीज-डोप्ड लेड इंडियम नाइओबेट-लीड मैग्नीशियम नाइओबेट-लीड टाइटेनेट (एमएन: पिन-पीएमएन-पीटी) पीजोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल सामग्री, जो उच्च विद्युत क्षेत्र की स्थितियों के तहत काम करने की विशेषताओं में और सुधार करती है।

पानी के नीचे ध्वनिकी के क्षेत्र में पीएमएन-पीटी जैसे पीजोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल सामग्री का अनुप्रयोग अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर के डिजाइन और विकास से शुरू हुआ। मेयर और अन्य ने अनुसंधान कार्यों की एक श्रृंखला को अंजाम दिया है, जिसमें 33-मोड और 32-मोड पीएमएन-पीटी अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर का विस्तृत विश्लेषण और पीजेडटी-8 के साथ तुलनात्मक अध्ययन शामिल है। चित्र 5ए एक 33-मोड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर है जो 10 पीजेडटी-8 वेफर्स के ढेर द्वारा संचालित होता है, चित्र 5बी एक 33-मोड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर है जो 3 पीएमएन-पीटी वेफर्स के ढेर द्वारा संचालित होता है, और चित्र 5सी एक 4 पीएमएन-पीटी है लंबी स्ट्रिप्स एक 'मुंह' के आकार का 32-मोड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर बनाती हैं। परिणाम बताते हैं कि जब पीएमएन-पीटी और पीजेडटी-8 का उपयोग समान आवृत्ति और उत्सर्जन स्रोत स्तर और अन्य मापदंडों के साथ अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर बनाने के लिए किया जाता है, तो पीएमएन-पीटी क्रिस्टल स्टैक की लंबाई पीजेडटी-8 का केवल 30% है, जो छोटे ट्रांसड्यूसर बनाने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल सामग्री के तकनीकी फायदे दिखाता है; 32 मोड एकल क्रिस्टल सामग्री को सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन अभिविन्यास के अनुसार काटा जा सकता है, और साथ ही लंबी स्ट्रिप्स के संयोजन का उपयोग कर सकता है। यह बड़े आकार के एकल वेफर्स बढ़ने जैसी तकनीकी समस्याओं से बच सकता है, ट्रांसड्यूसर की विश्वसनीयता और स्थिरता में सुधार कर सकता है, और मध्यम और उच्च आवृत्ति वाले हल्के वजन वाले सोनार सरणी अनुप्रयोगों के लिए स्पष्ट फायदे हैं।

सिंगल क्रिस्टल का विकास हुआ है बेलनाकार संचारण ट्रांसड्यूसर । जड़े हुए छल्लों से बना प्रत्येक रिंग 12 पच्चर के आकार की पट्टियों से बनी होती है, और एक सिलेंडर बनाने के लिए 9 रिंगों को अक्षीय दिशा में कसकर इकट्ठा किया जाता है। ज्यामितीय आकार (Φ20.3 मिमी × 66 मिमी) यह समान आवृत्ति के पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर से काफी छोटा है, और 2.5 ऑक्टेव से अधिक की ब्रॉडबैंड कार्य विशेषताओं का एहसास करता है। एक अन्य दस्तावेज़ अवतल बैरल फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर विकसित करने के लिए पीएमएन-पीटी सिंगल क्रिस्टल का उपयोग करता है। ट्रांसड्यूसर का ड्राइव वाइब्रेटर 16 अक्षीय ध्रुवीकृत Φ28mm×Φ10mm×4.8mm तत्वों और एक टाइटेनियम मिश्र धातु कंपन शेल के ढेर से बना है। PZT-4 सामग्री के समान संरचना ट्रांसड्यूसर की तुलना में उत्सर्जन वोल्टेज प्रतिक्रिया में 5dB से अधिक सुधार हुआ है।

पीएमएन-पीटी सिंगल क्रिस्टल का त्रिकोणीय-टेट्रागोनल चरण संक्रमण तापमान अपेक्षाकृत कम है, जो इसके अनुप्रयोग सीमा को एक निश्चित सीमा तक सीमित करता है, विशेष रूप से उच्च-शक्ति स्थितियों के तहत अनुप्रयोगों के लिए। टर्नेरी लेड इंडियम नाइओबेट-लीड मैग्नीशियम नाइओबेट-लीड टाइटेनेट (पिन-पीएमएन-पीटी) और मैंगनीज डोप्ड सिंगल क्रिस्टल (एमएन: पिन-पीएमएन-पीटी) रिलैक्सर फेरोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल के चरण संक्रमण तापमान को स्पष्ट बनाते हैं और एक ही समय में हानि कारक को काफी कम कर देते हैं: चरण संक्रमण तापमान 95 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, हानि कारक 0.26 से 0.15 तक कम हो जाता है। और हानि कारक सामान्य PZT-4 पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का केवल 1/2 है। अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर बनाने और उनकी उच्च-शक्ति ऑपरेटिंग विशेषताओं की तुलना करने के लिए इन दो नए फॉर्मूला सिंगल क्रिस्टल, पीएमएन-पीटी और पीजेडटी -4 का उपयोग करने वाला साहित्य भी है, जो साबित करता है कि नया फॉर्मूला सिंगल क्रिस्टल सामग्री उच्च-शक्ति और बड़े कर्तव्य चक्र स्थितियों के लिए अधिक उपयुक्त है। पीएमएन-पीटी ट्रांसड्यूसर का ध्वनि स्रोत स्तर अनुनाद आवृत्ति पर पीएमएन-पीटी ट्रांसड्यूसर की तुलना में 5dB अधिक है। PZT-4 पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की तुलना में, अनुनाद आवृत्ति पर ध्वनि स्रोत स्तर और शक्ति क्षमता मूल रूप से बराबर होती है, और कार्यशील बैंडविड्थ 1 गुना बढ़ जाती है, और अनुनाद आवृत्ति के बाहर अधिकतम ध्वनि स्रोत स्तर लगभग 6dB बढ़ जाता है।

 

पीएमएन-पीटी सिंगल क्रिस्टल सामग्री का अनुप्रयोग अनुसंधान ज्यादातर चिकित्सा उच्च आवृत्ति अल्ट्रासोनिक इमेजिंग प्रणाली पर केंद्रित है। यहां सिम्बल हाइड्रो-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर अनुप्रयोग अनुसंधान का केवल एक मामला है, जिसमें 0.25 मिमी मोटे टाइटेनियम को चलाने के लिए Φ12.7 मिमी × 1 मिमी पीएमएन-पीटी तत्व का उपयोग किया गया है। मिश्र धातु झुकने वाली कंपन टोपी ने एक सिम्बल-प्रकार के छोटे आकार के झुकने-तनाव ट्रांसड्यूसर को विकसित किया है, जिसमें समान संरचना वाले PZT-4 संचालित ट्रांसड्यूसर की तुलना में 6dB अधिक उत्सर्जन वोल्टेज प्रतिक्रिया है।

 

2. पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर संरचना और प्रौद्योगिकी का तकनीकी नवाचार

⒈बीम विशेषताओं में सुधार के लिए तकनीकी नवाचार

आधुनिक सोनार में, आवश्यक बीम विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए आम तौर पर विभिन्न बुनियादी सरणियों का उपयोग किया जाता है। हालाँकि, जब ट्रांसड्यूसर का इंस्टॉलेशन एपर्चर सीमित होता है और बीम विशेषताओं के लिए विशेष आवश्यकताएं होती हैं, तो ट्रांसड्यूसर की बीम विशेषताओं को नियंत्रित करने के लिए तकनीकी उपाय करने की आवश्यकता होती है। सुधार के लिए मुख्य तकनीकी दृष्टिकोण में शामिल हैं: बैफ़ल एप्लिकेशन, द्विध्रुव और मल्टीपोल का उपयोग करके मोडल सुपरपोज़िशन तकनीक आदि। यह खंड ट्रांसड्यूसर तकनीकी उपलब्धियों की बीम विशेषताओं को बेहतर बनाने के लिए मोडल सुपरपोज़िशन विधियों के उपयोग के विश्लेषण और सारांश पर ध्यान केंद्रित करते हुए कुछ विशिष्ट शोध उदाहरणों का चयन करता है।

⑴ट्रांसड्यूसर की बीम विशेषताओं को बेहतर बनाने के लिए बैफल का उपयोग करना

प्रारंभिक सोनार प्रणाली में, आम तौर पर एक स्वतंत्र ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता था। जब दिशा आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाती है, तो ट्रांसमिशन बीम को नियंत्रित करने के लिए बैफल के प्रतिबिंब का उपयोग किया जाता है, जिसमें मुख्य रूप से एक फ्लैट बैफल, एक बेलनाकार बैफल और एक गोलाकार बैफल से गुजरना शामिल होता है। बेलनाकार ट्रांसड्यूसर, पिस्टन ट्रांसड्यूसर, गोलाकार ट्रांसड्यूसर आदि की दिशा को बदलने के लिए प्लेट और शंकु बाधक, एक निश्चित सीमा तक एक तरफा ट्रांसमिशन बीम नियंत्रण की जरूरतों को पूरा करते हैं, जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है, डबल शंकु का उपयोग परावर्तक बाधक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव टॉरॉयडल ट्रांसड्यूसर की दिशा को समायोजित करता है, और एकल-पक्षीय बीम विकिरण विशेषता का एहसास करता है।

 

एक साहित्य है कि 3kHz प्रकार IV फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर को परवलयिक परावर्तक बाफ़ल के फोकस के पास रखा जाता है, ताकि प्रकार IV फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर अपनी स्वयं की गैर-दिशात्मकता के साथ यूनिडायरेक्शनल विकिरण विशेषताओं को प्राप्त कर सके। प्रयोग से 83° का एकल-कोण उद्घाटन कोण प्राप्त होता है। बीम के लिए, आगे और पीछे की प्रतिक्रिया का अंतर 21dB है।

⑵ मोडल संयोजन दिशात्मक ट्रांसड्यूसर

विभिन्न संरचनात्मक ट्रांसड्यूसर में अलग-अलग मल्टी-ऑर्डर कंपन मोड होते हैं। गुंजयमान ट्रांसड्यूसर आम तौर पर मौलिक आवृत्ति कंपन मोड के आधार पर काम करते हैं। विभिन्न कंपन मोड उनके प्रभावी उत्तेजना तरीकों के अनुरूप होंगे, इसलिए उत्तेजना विधियों के संयोजन का उपयोग कई कंपन मोड के सुपरपोजिशन ड्राइविंग को महसूस करने के लिए किया जा सकता है, ताकि ट्रांसमिटिंग बीम की विशेषताओं को बदलने के उद्देश्य को प्राप्त किया जा सके। मुख्य मोड जो संयोजन के माध्यम से ट्रांसड्यूसर की बीम विशेषताओं को बदल सकते हैं उनमें मोनोपोल मोड, द्विध्रुव मोड और क्वाड्रुपोल मोड आदि शामिल हैं। ये मूल मोड भारित संयोजन के माध्यम से विभिन्न प्रकार के प्रत्यक्षता पैटर्न प्राप्त कर सकते हैं। इस खंड में, विशिष्ट साहित्य परिणामों के साथ संयुक्त, मोडल सुपरपोजिशन प्राप्त करने के लिए विभिन्न संरचनात्मक ट्रांसड्यूसर की प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी और उत्तेजना विधियों का एक संक्षिप्त विश्लेषण और सारांश बनाया गया है।

उत्तेजना मल्टी-मोड कार्य आम तौर पर विभाजन उत्तेजना विधि को अपनाता है, जैसे: पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब या गोलाकार शेल अक्सर विभाजित इलेक्ट्रोड विधि को अपनाता है, चित्र 7 ए, बी देखें; मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव बहुभुज ( रिंग) ट्रांसड्यूसर, स्वतंत्र किनारे उत्तेजना को अपनाता है।

 

बटलर एट अल. एक 'मोडल ट्रांसड्यूसर' को डिजाइन और विकसित किया गया, जो अभी भी विभाजन उत्तेजना के डिजाइन विचार का उपयोग कर रहा है, लेकिन स्वतंत्र घटकों के विभाजन की सीमा को तोड़ते हुए, पूंछ द्रव्यमान को साझा करने के लिए 8 स्वतंत्र 1/4 अनुदैर्ध्य वाइब्रेटर का उपयोग करता है, प्रत्येक ट्रांसड्यूसर विकिरण सतह 45 डिग्री के करीब एक बेलनाकार चाप सतह है, और वे सामूहिक रूप से एक विभाजन और स्वतंत्र रूप से संचालित बेलनाकार उत्सर्जक ट्रांसड्यूसर को संलग्न करते हैं। ट्रांसड्यूसर का ज्यामितीय आकार स्वतंत्र तत्वों की प्रक्रिया स्थितियों द्वारा प्रतिबंधित नहीं है, और प्रीस्ट्रेस्ड संरचना की अनुदैर्ध्य दिशा को एक ही समय में अपनाया जाता है। कम-आवृत्ति और उच्च-शक्ति दिशात्मक संचारण ट्रांसड्यूसर के डिजाइन के लिए वाइब्रेटर के तकनीकी फायदे हैं। चित्र 8 'मोडल ट्रांसड्यूसर' के मूल मोडल कंपन आकार को दर्शाता है। पीजेडटी-8 पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक, पीएमएन-पीटी सिंगल क्रिस्टल और टेरफेनोल-डी विशाल मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री पर आधारित मॉडल ट्रांसड्यूसर को क्रमशः डिजाइन और विकसित किया गया है। इसने 6dB के डायरेक्टिविटी इंडेक्स और फ्रंट-टू-बैक प्रतिक्रिया में 25dB अंतर के साथ एक कार्डियोइड डायरेक्शनल ट्रांसमिटिंग बीम प्राप्त किया है।

 

यह एक अन्य प्रकार का कम-आवृत्ति और उच्च-शक्ति दिशात्मक उत्सर्जन ट्रांसड्यूसर है - एक ज़ोन-उत्तेजित फ्लेक्सेंशनल ट्रांसड्यूसर। डिज़ाइन में, फ्लेक्सन-टेंशन ट्रांसड्यूसर के पीज़ोइलेक्ट्रिक स्टैक (या मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव वाइब्रेटर) को ज़ोन उत्तेजना के अधीन किया जाता है, मोनोपोल और डीपोल मोड के संयोजन का उपयोग करके कार्डियोइड दिशात्मक उत्सर्जन बीम बनाने के लिए सुपरइम्पोज़ किया जाता है। चित्र 9a एक 900Hz डायरेक्टिविटी प्रकार IV फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर है, और चित्र 9b एक 3kHz डायरेक्टिविटी प्रकार VII फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर है।

साहित्य एक बाफ़ल प्लेट के साथ एक वाइडबैंड मल्टीमोड बेलनाकार ट्रांसड्यूसर का अध्ययन करता है (चित्र 10 में दिखाया गया है)। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक बेलनाकार ट्यूब के इलेक्ट्रोड समान रूप से दो समूहों में विभाजित होते हैं, और एक मोनोपोल (0 मोड) और एक डीपोल (1 मोड) प्राप्त करने के लिए स्वतंत्र रूप से उत्साहित होते हैं, और फिर एकतरफा दिशात्मक उत्सर्जन का एहसास करने के लिए बाफ़ल के साथ सहयोग करते हैं। अनुसंधान कार्य कम आवृत्ति '0+1' और उच्च आवृत्ति '0 + 1' के माध्यम से एक स्वतंत्र पावर एम्पलीफायर और ट्यूनिंग सर्किट को डिजाइन करने के लिए मोड के बीच चरण संबंध का भी उपयोग करता है। －1' मॉडल संयोजन नियंत्रण ब्रॉडबैंड कार्य विशेषताओं का एहसास कराता है। ट्रांसड्यूसर ऊंचाई की दिशा में Φ38.2mm×Φ31.8mm×19mm के 4 PZT-4 पीजोइलेक्ट्रिक गोल ट्यूबों को अपनाता है, और पैकेजिंग के बाद का आकार Φ48mm×79mm है। बैफल एक अर्धवृत्त बनाने के लिए कॉर्क रबर के दो टुकड़ों से बना है। बेलनाकार सतह की मोटाई 6 मिमी है, और उत्सर्जन वोल्टेज प्रतिक्रिया 26-46kHz आवृत्ति बैंड में 6dB तक उतार-चढ़ाव करती है।

2.आवृत्ति विशेषताओं में सुधार के लिए तकनीकी नवाचार

पानी के नीचे ध्वनिक प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग दिशा के बहु-दिशात्मक विस्तार के साथ, सक्रिय सोनार प्रणालियों की कार्यशील आवृत्ति रेंज का लगातार विस्तार किया गया है। उनमें से, उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवि सोनार की कार्य आवृत्ति को 106 हर्ट्ज तक बढ़ा दिया गया है, और अल्ट्रा-लॉन्ग-डिस्टेंस डिटेक्शन और संचार सोनार की कार्य आवृत्ति बैंड और भी कम है। 100 हर्ट्ज़ से नीचे; दूसरी ओर, सोनार सूचना प्रसंस्करण के विकास के लिए आवश्यक है कि ट्रांसड्यूसर का कार्यशील आवृत्ति बैंड यथासंभव व्यापक हो। इसलिए, कम आवृत्ति वाले ट्रांसड्यूसर और ब्रॉडबैंड ट्रांसड्यूसर ने हाल के वर्षों में पानी के नीचे ध्वनिक क्षेत्र में बहुत ध्यान आकर्षित किया है, और शोध के परिणाम काफी समृद्ध हैं। हालाँकि, अभी भी कई सैद्धांतिक और तकनीकी समस्याएं हैं जिन्हें अच्छी तरह से हल नहीं किया जा सका है। यह पहलू अभी भी अनुसंधान का हॉटस्पॉट और भविष्य के विकास का फोकस रहेगा। यह खंड कम-आवृत्ति ट्रांसड्यूसर और ब्रॉडबैंड ट्रांसड्यूसर की दिशा में शोध कार्य का चयन करता है, और उनका विश्लेषण और सारांश करता है। नवीन विचार और नई तकनीकी उपलब्धियाँ।

⑴ कम आवृत्ति ट्रांसड्यूसर का अभिनव डिजाइन

①झुकाव कंपन कम आवृत्ति ट्रांसड्यूसर

कम-आवृत्ति ट्रांसड्यूसर के विकास में आने वाली पहली तकनीकी समस्या ज्यामितीय आकार है। आम तौर पर, गुंजयमान ट्रांसड्यूसर की कार्य आवृत्ति ज्यामितीय आकार के व्युत्क्रमानुपाती होती है, अर्थात, ट्रांसड्यूसर की आवृत्ति जितनी कम होगी, ज्यामितीय आकार उतना बड़ा होगा, जैसे कि 500 ​​हर्ट्ज अनुदैर्ध्य रूपांतरण। ऊर्जा उपकरण की लंबाई लगभग 3 मीटर है। झुकने वाला कंपन कम आवृत्ति वाले ट्रांसड्यूसर के ज्यामितीय आकार को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। उनमें से, ट्रांसड्यूसर जिनके कार्यात्मक उपकरण सीधे झुकने वाले कंपन में भाग लेते हैं, उनमें मुख्य रूप से झुकने वाले बीम ट्रांसड्यूसर, झुकने वाली डिस्क ट्रांसड्यूसर आदि शामिल हैं।

चित्र 11ए एक विशिष्ट तीन-स्टैक्ड झुकने वाली बीम संरचना को दर्शाता है। झुकने वाले बीम के ऊपर और नीचे पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक स्ट्रिप्स का एक टुकड़ा चिपकाया जाता है। जब पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक स्ट्रिप्स में से एक खिंचती है और दूसरी उत्तेजित होने पर सिकुड़ती है, तो बीच में धातु की किरण झुकने वाला कंपन पैदा करेगी। इस प्रकार के ऊर्जा रूपांतरण में ध्वनि तरंगों को प्रसारित करने के लिए उपकरण को एक तरफ से पानी के संपर्क में आने की आवश्यकता होती है, इसलिए आमतौर पर कई घुमावदार बीमों को एक वायु गुहा बनाने के लिए संयोजित किया जाता है, जैसा कि चित्र 11 बी में दिखाया गया है, प्रत्येक विकिरण सतह चरण में कंपन करती है।

 

एक समान कार्य सिद्धांत को डिस्क संरचना के साथ घुमावदार डिस्क ट्रांसड्यूसर कहा जाता है, जिसमें तीन-परत और डबल-लेमिनेटेड संरचना भी शामिल होती है। चित्र 11सी डबल-लेमिनेटेड शीट की एक जोड़ी से बना एक कॉम्पैक्ट घुमावदार डिस्क ट्रांसड्यूसर दिखाता है। (शराबी)। डेलनी सिस्टम विश्लेषण ने बेंडर की कम-आवृत्ति, छोटे आकार और उच्च-शक्ति ऑपरेटिंग विशेषताओं पर शोध किया।

फ्लेक्सुरल कंपन कम-आवृत्ति ट्रांसड्यूसर के विकास में एक नया संरचना-विभाजित टॉरॉयडल ट्रांसड्यूसर भी शामिल है (चित्र 12 में दिखाया गया है)। स्प्लिट टोरॉयडल ट्रांसड्यूसर को एक विशेष झुकने वाले बीम ट्रांसड्यूसर के रूप में माना जा सकता है। मूल संरचना 1957 में हैरिस द्वारा प्रस्तावित की गई थी। समग्र रिंग बीम एक आंतरिक पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक रिंग और एक बाहरी धातु रिंग से बना था। ट्रांसड्यूसर का मॉडलिंग और विश्लेषण चित्र 12बी में दिखाए गए 'ट्यूनिंग फोर्क मॉडल' पर आधारित था, और ड्राइविंग तत्व को एक विभाजित संरचना में समायोजित किया गया था। स्प्लिट रिंग ट्रांसड्यूसर को बड़े आकार के साथ डिज़ाइन किया जा सकता है, और ऑपरेटिंग आवृत्ति और विकिरण विशेषताओं के अनुकूलन को प्राप्त करने के लिए द्रव्यमान को मोटाई वितरण-कठोरता के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 12 सी में दिखाया गया है।

 

②बेंडिंग-तनाव ट्रांसड्यूसर

फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर की अवधारणा 1936 में हेस के पेटेंट से शुरू हुई। टॉलिस द्वारा 1966 में IV प्रकार के फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर के पेटेंट को प्रकाशित करने के बाद, फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर का अनुसंधान और अनुप्रयोग सक्रिय होना शुरू हुआ, और अब तक उनमें से आधे से अधिक हो चुके हैं। की सदी में विकास के इतिहास , फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर के विभिन्न संरचनात्मक रूपों का जन्म हुआ है, और उनके कार्य सिद्धांत और संरचनात्मक प्रक्रियाएं नवीन डिजाइन विचारों से भरी हैं। हम उन्हें उनके विकास के कालानुक्रमिक क्रम में एक-एक करके पेश नहीं कर सकते, केवल फ्लेक्सेंशनल ट्रांसड्यूसर। कंपनी की संरचना और प्रोत्साहन विधियों को निम्नलिखित तीन श्रेणियों में विभाजित किया गया है, जिनका संक्षिप्त विश्लेषण और सारांश दिया गया है।

△बेलनाकार संरचना के साथ झुकने-तनाव ट्रांसड्यूसर। इस प्रकार का ट्रांसड्यूसर फ्लेक्सुरल कंपन शेल का अनुवाद करने के लिए एक अनुदैर्ध्य टेलीस्कोपिक वाइब्रेटर द्वारा संचालित होता है, जैसा कि चित्र 13 में दिखाया गया है। ट्रांसड्यूसर का वाइब्रेटिंग शेल एक ट्रांसलेशनल संरचना है, अर्थात, विभिन्न आकृतियों की एक बेलनाकार सतह, जो एक या एक से अधिक अनुदैर्ध्य टेलीस्कोपिक वाइब्रेटर द्वारा संचालित होती है, ए टाइप IV फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर है, बी टाइप VII फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर एनर्जी डिवाइस है, सी एक प्रकार है 'स्टार-आकार' झुकने-तनाव ट्रांसड्यूसर एक ऑर्थोगोनल पीज़ोइलेक्ट्रिक स्टैक द्वारा संचालित होता है, और एक 'स्टार-आकार' झुकने-तनाव ट्रांसड्यूसर एक चतुर्भुज मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव वाइब्रेटर द्वारा संचालित होता है। चूंकि इस प्रकार के ट्रांसड्यूसर से विभाजित उत्तेजना वाइब्रेटर को डिजाइन करना आसान होता है, इसलिए ऊपर वर्णित दिशात्मक फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर आम तौर पर इस प्रकार की संरचना को चुनता है।

△ लंबे समय तक घूमने वाले शरीर के साथ झुकने वाला तनाव ट्रांसड्यूसर। इस प्रकार के ट्रांसड्यूसर को घूर्णनशील रूप से सममित झुकने वाले कंपन शेल को चलाने के लिए एक अनुदैर्ध्य टेलीस्कोपिक वाइब्रेटर द्वारा संचालित किया जाता है, जैसा कि चित्र 14 में दिखाया गया है। ट्रांसड्यूसर का कंपन शेल एक घूर्णी रूप से सममित संरचना है, जिसमें परिधि के साथ वितरित बैरल बीम की एक श्रृंखला शामिल है, जो आम तौर पर एक अनुदैर्ध्य टेलीस्कोपिक वाइब्रेटर द्वारा संचालित होती है। चित्र 14ए और बी प्रकार I फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर संरचना और अवतल संरचना के उत्तल आकार हैं; जैसा कि चित्र 14सी में दिखाया गया है, ट्रांसड्यूसर के अनुदैर्ध्य उत्तेजना वाइब्रेटर को कार्यात्मक सामग्री की मात्रा बढ़ाने के लिए अक्षीय दिशा में लंबा किया जाता है ताकि टाइप II फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर में विकसित किया जा सके; जैसा कि चित्र 14डी में दिखाया गया है, फ्लेक्सुरल वाइब्रेशन शेल को दो या दो से अधिक खंडों के रूप में डिज़ाइन किया गया है, इसे एक प्रकार III फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर में विकसित किया गया है। टाइप II और टाइप III फ्लेक्सेंशनल ट्रांसड्यूसर दोनों में समान अवतल संरचनाएं होती हैं।

△फ्लैट घूमने वाली बॉडी के साथ बेंडिंग-टेंशन ट्रांसड्यूसर। इस प्रकार का ट्रांसड्यूसर एक रेडियल रूप से विस्तारित वाइब्रेटर द्वारा संचालित होता है, जो एक घूर्णी रूप से सममित झुकने वाले कंपन शेल को चलाता है, जैसा कि चित्र 15 में दिखाया गया है। ट्रांसड्यूसर का वाइब्रेटिंग शेल एक घूर्णी रूप से सममित संरचना है, आम तौर पर उत्तल या अवतल गोलाकार मुकुट (या गोलाकार मुकुट) की एक जोड़ी, एक रेडियल रूप से विस्तारित रिंग या डिस्क वाइब्रेटर द्वारा संचालित होती है, चित्र 15 ए रिंग ड्राइव वी-प्रकार फ्लेक्सटेंशनल को दर्शाता है। ट्रांसड्यूसर, बी एक वेफर-चालित वी-प्रकार फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर है, सी एक प्रकार VI फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर है, डी और ई संरचना बी के आधार पर विकसित छोटे फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर हैं। डिवाइस को सिम्बल ट्रांसड्यूसर कहा जाता है।

△ गुहा संरचना कम आवृत्ति ट्रांसड्यूसर। हेल्महोल्ट्ज़ रेज़ोनेटर गुहा संरचना पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर का मूल रूप है, जैसा कि चित्र 16 में दिखाया गया है। ए, बी, और सी हेल्महोल्ट्ज़ रेज़ोनेटर की तीन बुनियादी संरचनाएं हैं, जो पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब उत्तेजना, झुकने वाली डिस्क उत्तेजना और पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक बॉल उत्तेजना का उपयोग करते हैं। हेल्महोल्ट्ज़ रेज़ोनेटर में आम तौर पर एक संकीर्ण कार्यशील आवृत्ति बैंड होता है, और डी का उपयोग बी के आधार पर किया जाता है। घुमावदार डिस्क की दोहरी कामकाजी सतहें डबल अनुनाद ऑपरेशन का एहसास करने के लिए विभिन्न मात्राओं के गुंजयमान गुहाओं को उत्तेजित करती हैं। साहित्य ने एक अधिक संपूर्ण हेल्महोल्ट्ज़ रेज़ोनेटर विश्लेषण मॉडल स्थापित किया, और 300HZ हेल्महोल्ट्ज़ रेज़ोनेटर की कार्य विशेषताओं और संरचनात्मक मापदंडों के बीच संबंधों का विश्लेषण किया। मोरोज़ोव एट अल. एक अंडरवाटर पाइप ऑर्गन ध्वनि स्रोत डिज़ाइन किया गया (चित्र 17 में दिखाया गया है)। चित्र 17ए का डिज़ाइन अनुनाद प्रणाली की प्रतिबाधा को बदलने के लिए आस्तीन को घुमाकर आवृत्ति ट्यूनिंग का एहसास करता है। ट्यूनिंग आवृत्ति 225 से 325 हर्ट्ज तक होती है, और दक्षता 80% या उससे अधिक तक होती है, जो उच्च दक्षता विशेषताओं के साथ उच्च-क्यू (गुणवत्ता कारक) प्रणाली को दर्शाती है; चित्र 17बी डिज़ाइन दोहरी-आवृत्ति अनुनाद प्राप्त करने के लिए एक अंतर्निहित गोलाकार ध्वनि स्रोत के साथ एक डबल-ट्यूब संरचना का उपयोग करता है। कम-आवृत्ति अनुनाद एक गुहा अनुनाद है जो डबल-सेक्शन आस्तीन से बना है। उच्च आवृत्ति अनुनाद केवल आंतरिक अनुनाद ट्यूब के अनुरूप अनुनाद है। बाहरी आस्तीन और आंतरिक अनुनाद ट्यूब धातु एल्यूमीनियम या गैर-धातु कार्बन फाइबर सामग्री का उपयोग कर सकते हैं।

⑵ ब्रॉडबैंड ट्रांसड्यूसर का अभिनव डिजाइन

पानी के नीचे ध्वनिक प्रौद्योगिकी के विकास के इतिहास में, पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर के विभिन्न प्रकार के संरचनात्मक रूपों का उत्पादन किया गया है, जिनमें से प्रत्येक की कार्यशील विशेषताएं इसकी संरचनात्मक विशेषताओं द्वारा निर्धारित होती हैं। ब्रॉडबैंड अनुप्रयोगों की इंजीनियरिंग आवश्यकताओं को अनुकूलित करने के लिए, लगभग हर संरचनात्मक ट्रांसड्यूसर को ब्रॉडबैंड डिजाइन और प्रक्रिया सुधार की तकनीकी समस्याओं का सामना करना पड़ता है। उनमें से, अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर के क्षेत्र में ट्रांसड्यूसर के सबसे आम संरचनात्मक रूपों में से एक है अंडरवाटर ब्रॉडबैंड ट्रांसड्यूसर । ब्रॉडबैंड डिज़ाइन और एप्लिकेशन के शोध परिणाम काफी समृद्ध हैं। अन्य संरचनात्मक ट्रांसड्यूसर के ब्रॉडबैंड डिज़ाइन के तकनीकी सिद्धांत मूल रूप से समान हैं। यह खंड ब्रॉडबैंड विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर पर आधारित नए डिजाइन विचारों की एक श्रृंखला पर केंद्रित है।

① बैंड संयोजन ब्रॉडबैंड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर

सोनार प्रौद्योगिकी के विकास के प्रारंभिक चरण में आवृत्ति बैंड संयोजन का अनुप्रयोग पहले ही शुरू हो चुका है। प्रारंभिक कार्य 1940 के दशक में देखा गया था। विभिन्न अनुनाद आवृत्तियों के साथ तीन मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर का उपयोग एक आयताकार विकिरण प्लेट और सीढ़ी व्यवस्था में छह ट्रांसड्यूसर को चलाने के लिए किया गया था। एक सामान्य वाइंडिंग कॉइल द्वारा संचालित (चित्र 18 में दिखाया गया है), संयोजन के बाद ट्रांसड्यूसर की स्वतंत्र अनुनाद आवृत्तियाँ क्रमशः 21.5, 23 और 24.5kHz, Q=12, और Q=4 हैं। हालाँकि यह फ़्रीक्वेंसी बैंड संयोजन विधि पूरी तरह से एक वाइडबैंड ट्रांसड्यूसर नहीं है, फिर भी इसका उपयोग पानी के नीचे ध्वनिकी के क्षेत्र में व्यापक रूप से किया जाता है, विशेष रूप से शोर सिमुलेशन और ध्वनिक डिकॉय जैसी ध्वनिक प्रणालियों में। डिवाइस संयोजन अल्ट्रा-वाइडबैंड उत्सर्जन विशेषताओं का एहसास करता है।

 

② मॉडल युग्मन ब्रॉडबैंड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर

एक-आयामी मॉडल के विश्लेषण में अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर के सामने के कवर को आमतौर पर पिस्टन के तरीके से कंपन माना जाता है, यानी कोई झुकने वाला कंपन नहीं होता है। जब ट्रांसड्यूसर की विकिरण सतह का हॉर्न अपेक्षाकृत चौड़ा होता है, तो इसके साथ झुकने वाला कंपन भी होना चाहिए, जो उचित है। इसे अनुदैर्ध्य कंपन मोड के साथ प्रभावी ढंग से जोड़ने के लिए फ्रंट कवर के झुकने वाले कंपन मोड का उपयोग करके, एक ब्रॉडबैंड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर को डिज़ाइन किया जा सकता है। साहित्य ने वर्गाकार विकिरण कवर प्लेट के लचीले कंपन और अनुदैर्ध्य कंपन के युग्मन प्रभाव का अध्ययन किया है, और एक ब्रॉडबैंड ट्रांसड्यूसर डिजाइन किया है। एक अन्य साहित्य में, एक कंपन और झुकने वाली डिस्क को विकिरण आवरण में एम्बेडेड किया गया है, और झुकने वाली डिस्क को अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर के कंपन मोड के साथ जोड़ा गया है, और ब्रॉडबैंड ट्रांसड्यूसर को चित्र 19 ए में दिखाए अनुसार डिजाइन और विकसित किया गया है। अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर के पीज़ोइलेक्ट्रिक स्टैक को कई समूहों में डिज़ाइन किया जा सकता है। जैसा कि चित्र 19बी में दिखाया गया है, यह ट्रांसड्यूसर की मूल संरचना है जो ब्रॉडबैंड ऑपरेशन को प्राप्त करने के लिए दोहरे उत्तेजना मोडल युग्मन का उपयोग करती है। बटलर दोहरे उत्तेजना अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर की संरचना पर आधारित है। गहन विकास, जैसे ब्रॉडबैंड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर को डिजाइन करने के लिए मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव और पीजोइलेक्ट्रिक हाइब्रिड डबल उत्तेजना का उपयोग, और 1/4 तरंग दैर्ध्य मिलान परत को चिपकाने के लिए सामने का कवर, और एक तीसरे क्रम के अनुनाद मोड युग्मन अल्ट्रा-वाइडबैंड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर को डिजाइन करना। डिवाइस, जैसा कि चित्र 19सी में दिखाया गया है, का कार्यशील आवृत्ति बैंड 13 से 37 किलोहर्ट्ज़ है।

③ब्रॉडबैंड अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर तरल गुहा के साथ युग्मित

अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर और तरल गुहा के बीच युग्मन का विशिष्ट डिज़ाइन जानूस-हेल्महोल्ट्ज़ ट्रांसड्यूसर है (चित्र 20 में दिखाया गया है)। अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर एक दोहरे सिरे वाली विकिरण संरचना को अपनाता है, जिसे जानूस कहा जाता है, जिसमें एक बेलनाकार आस्तीन होती है जिसे जानूस के दोहरे विकिरण वाले सिरों के बीच हेल्महोल्ट्ज़ गुंजयमान गुहा बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है; सामान्य तरल गुहा गुंजयमान ट्रांसड्यूसर में एक संकीर्ण कार्यशील आवृत्ति बैंड होता है। जानूस संयुक्त अनुप्रयोग में, ब्रॉडबैंड ट्रांसमिशन को मोडल कपलिंग के अनुकूलित डिजाइन के माध्यम से महसूस किया जा सकता है।

गैल ने दो जानूस-हेल्महोल्ट्ज़ ट्रांसड्यूसर, 300 हर्ट्ज और 160 हर्ट्ज को डिज़ाइन किया, और ट्रांसड्यूसर की ब्रॉडबैंड ऑपरेटिंग विशेषताओं पर हेल्महोल्ट्ज़ अनुनाद गुहा में एक अनुपालन ट्यूब जोड़ने के प्रभाव का गहराई से अध्ययन किया।

उत्सर्जित ध्वनि की शक्ति में सुधार के लिए तकनीकी नवाचार

पानी के भीतर ध्वनिक ट्रांसड्यूसर की ध्वनि शक्ति बढ़ाने का सीधा तरीका ट्रांसड्यूसर की मात्रा बढ़ाना, संख्या बढ़ाना और एक क्लोज-पैक्ड मैट्रिक्स बनाना है। सबसे प्रभावी तरीका उच्च-ऊर्जा-घनत्व कार्यात्मक सामग्रियों का उपयोग करना है। पिछले अध्यायों में उच्च-ऊर्जा घनत्व कार्यात्मक सामग्रियों के अनुप्रयोग की व्याख्या की गई है। यह अनुभाग छोटी मात्रा वाले उच्च-शक्ति ट्रांसड्यूसर की संरचना और प्रक्रिया में तकनीकी नवाचारों पर केंद्रित है।

ट्रांसड्यूसर के छोटे आकार और उच्च शक्ति विशेषताओं के फायदे और नुकसान का वर्णन करने में, योग्यता के वॉल्यूम आंकड़े का उपयोग आम तौर पर मापने के लिए किया जाता है, अर्थात्

FOMv=Wa/V/f0/Q ⑴

फॉर्मूला ⑴ एक निश्चित प्रकार के ट्रांसड्यूसर के वॉल्यूम योग्यता कारक को परिभाषित करता है, जहां: वा ध्वनि शक्ति (डब्ल्यू) है, वी ट्रांसड्यूसर की मात्रा (एम 3) है, एफ 0 अनुनाद आवृत्ति (हर्ट्ज) है, क्यू गुणवत्ता कारक है, डिवाइस का वॉल्यूम योग्यता कारक संरचना और कार्यात्मक सामग्रियों से निकटता से संबंधित है। डेलानी ने एक कॉम्पैक्ट घुमावदार डिस्क ट्रांसड्यूसर (बेंडर) को डिजाइन और विकसित किया, और बेंडर की कम-आवृत्ति, छोटे आकार और उच्च-शक्ति संचालन की कार्य विशेषताओं का व्यवस्थित रूप से विश्लेषण और अध्ययन किया।

 

 

अवतल संरचना प्रकार I (अवतल बैरल प्रकार) झुकने-तनाव ट्रांसड्यूसर को अधिक कॉम्पैक्ट संयोजन में डिजाइन करने वाले साहित्य हैं, जो सीमित मात्रा में कई ट्रांसड्यूसर समूहों को वॉल्यूम विस्थापन को अधिकतम करने और बड़ी शक्ति विशेषताओं को प्राप्त करने में सक्षम बनाता है, जैसा कि चित्र 21 में दिखाया गया है, 6 प्रकार I फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर के शीर्ष को एक 'त्रि-आयामी छह-पॉइंट स्टार' फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर बनाने के लिए एक साथ क्लस्टर किया जाता है, जिसमें कॉम्पैक्ट संरचना की विशेषताएं कम होती हैं। आवृत्ति, उच्च शक्ति और विस्तृत आवृत्ति बैंड: मौलिक अनुनाद आवृत्ति 1.15kHz पर संचारित वोल्टेज प्रतिक्रिया 127dB, सर्वदिशात्मक है, और 800Hz से 10kHz तक संचारित वोल्टेज प्रतिक्रिया 120dB से अधिक है। FOMv पैरामीटर साहित्य में नहीं दिया गया है, और यह 'स्टार-आकार' फ्लेक्सटेंशनल ट्रांसड्यूसर के बराबर या उससे अधिक होने की उम्मीद है।

छोटे आकार और उच्च शक्ति की खोज के लिए उपरोक्त डिज़ाइन और विश्लेषण मूल रूप से विद्युत और यांत्रिक सीमाओं से शुरू होता है, और केवल कार्यात्मक सामग्रियों की ऊर्जा घनत्व और संरचना की कंपन सीमा पर विचार करता है। जब ट्रांसड्यूसर को लंबी पल्स या निरंतर संचालन की आवश्यकता होती है, तो उच्च शक्ति स्थितियों के तहत ट्रांसड्यूसर की गर्मी और गर्मी अपव्यय सबसे बड़ी समस्या होगी। इस समय, थर्मल सीमा ट्रांसड्यूसर की अंतिम शक्ति को सीमित करने वाला मुख्य कारक है। ट्रांसड्यूसर की थर्मल सीमा इंजीनियरिंग में चिंतित महत्वपूर्ण बुनियादी मुद्दों में से एक है। ट्रांसड्यूसर की प्रक्रिया विवरण की तरह, सार्वजनिक रूप से रिपोर्ट किए गए कई शोध पत्र नहीं हैं। निम्न-आवृत्ति और उच्च-शक्ति ट्रांसड्यूसर की थर्मल समस्याओं का मॉडल और विश्लेषण करने के लिए साहित्य हैं, और जानूस-हेल्महोल्ट्ज़ और टाइप IV फ्लेक्सटेन्सनल ट्रांसड्यूसर की थर्मल चालन समस्याओं पर चर्चा करते हैं। जब ट्रांसड्यूसर उथले पानी में काम कर रहा है, विशेष रूप से कम आवृत्ति और उच्च शक्ति संचरण, ध्वनि शक्ति में वृद्धि भी गुहिकायन कारक की ध्वनिक सीमा द्वारा प्रतिबंधित होगी। इस पृष्ठभूमि में, एकल ट्रांसड्यूसर की शक्ति बढ़ाने की विधि अब प्रभावी नहीं है। आधार सरणी भी प्रतिबंधित होगी, ताकि विरल आधार सरणी बनाने का केवल एक ही तरीका हो।

इसलिए, कम-आवृत्ति और उच्च-शक्ति ट्रांसड्यूसर को डिजाइन करते समय, विद्युत सीमा, यांत्रिक सीमा, थर्मल सीमा और ध्वनिक सीमा जैसे कारकों को ध्यान में रखते हुए, संरचनात्मक रूप और ड्राइविंग फ़ंक्शन सामग्री को तर्कसंगत रूप से चुनना और समग्र विश्लेषण और व्यापक अनुकूलन करना आवश्यक है। ट्रांसड्यूसर की सीमा शक्ति और आयतन के बीच एक इष्टतम संबंध है। इस पर गहन शोध भविष्य में कम-आवृत्ति और उच्च-शक्ति ट्रांसड्यूसर की तकनीकी दिशाओं में से एक होगा।

 

⒋हाइड्रोस्टैटिक दबाव प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए तकनीकी नवाचार

वर्तमान में, अकादमिक समुदाय ने पारदर्शी महासागरों और सूचनायुक्त महासागरों जैसे विकास विचारों का प्रस्ताव दिया है। लक्ष्य पानी के भीतर सूचना प्रौद्योगिकी को ध्रुवीय क्षेत्रों और गहरी खाइयों सहित समुद्र के सभी कोनों को कवर करने की अनुमति देना है। इसलिए, उन्होंने अधिक गहराई में पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर के उपयोग के लिए आवश्यकताओं को सामने रखा। यहां तक ​​कि गहरे समुद्र में काम करने की क्षमता को भी चुनौती देते हैं. ट्रांसड्यूसर की हाइड्रोस्टैटिक दबाव प्रतिरोध क्षमता ट्रांसड्यूसर की संरचना से निकटता से संबंधित है, विशेष रूप से कम संरचनात्मक कठोरता वाले कम आवृत्ति उत्सर्जन ट्रांसड्यूसर के लिए। हाइड्रोस्टैटिक दबाव प्रतिरोध संरचना प्रौद्योगिकी को हल करना वर्तमान ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण विषय बन गया है। काम की गहराई को हल करने के लिए वर्तमान प्रभावी तरीकों और साधनों में मुख्य रूप से द्रव भरना, अनुरूप ट्यूब मिलान तरल पदार्थ भरना, प्राकृतिक संरचनात्मक समर्थन, उच्च दबाव गैस सिलेंडर मुआवजा, एयरबैग मुआवजा इत्यादि शामिल हैं, 1000 मीटर से ऊपर काम करने की गहराई पर, एकमात्र प्रभावी तकनीकी विधि तरल पदार्थ भरने वाली तकनीक है, जिसमें मुक्त अतिप्रवाह प्रकार सीधे भरने वाले तरल पदार्थ के रूप में समुद्री जल का उपयोग करता है या स्व-स्थैतिक दबाव संतुलन प्राप्त करने के लिए कुछ तेल प्रतिबाधा मीडिया भरता है; 1000 मीटर के भीतर, तरल गुहा के अनुपालन में सुधार के लिए दबाव प्रतिरोधी अनुपालन ट्यूब का उपयोग तरल गुहा में एक ही समय में किया जा सकता है; 200 मीटर के भीतर, संरचना का प्राकृतिक समर्थन हाइड्रोस्टेटिक दबाव का सामना कर सकता है। बहुत कम संरचनात्मक कठोरता वाले कुछ ट्रांसड्यूसर (जैसे मूविंग कॉइल ट्रांसड्यूसर) दबाव क्षतिपूर्ति प्रदान करने के लिए उच्च दबाव वाले वायु सिलेंडर का उपयोग कर सकते हैं। आम तौर पर, 100 मीटर के भीतर, एयरबैग मुआवजे का उपयोग किया जा सकता है। ऊपर प्रस्तुत गुहा संरचना ट्रांसड्यूसर को आम तौर पर गहरे पानी के काम को प्राप्त करने के लिए तरल पदार्थ से भरे कार्य मोड के रूप में डिजाइन किया जा सकता है। इस खंड में, तेल से भरे संरचना डिजाइन के कई अनुप्रयोग उदाहरण दिए गए हैं।

 

1965 में प्रकाशित केंडिग का शोध कार्य, स्टील शेल (ध्वनि-संचारी रबर प्लेट सहित) और ट्रांसड्यूसर गुहा के बीच बने शून्य की रक्षा के लिए सिलिकॉन तेल से भरे 4 पीजेडटी-4 पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक डिस्क-संचालित अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर का संयुक्त अनुप्रयोग, गुहा पीछे के द्रव कक्ष से जुड़ा हुआ है। आंतरिक और बाहरी दबाव संतुलन प्राप्त करने के लिए फ्रंट एंड ध्वनि-पारगम्य रबर और रियर एंड रबर विंडो समुद्री जल के संपर्क में हैं। ट्रांसड्यूसर की कार्यशील बैंडविड्थ 30-50kHz है, और 0-6.9MPa की हाइड्रोस्टैटिक दबाव सीमा के भीतर कार्य का प्रयोगात्मक अध्ययन किया गया है। विशेषता, यह दबाव संतुलन विधि अभी भी कई गहरे पानी वाले सोनार सरणियों में उपयोग की जाती है। चित्र 22बी तेल से भरी संरचना के साथ एक मुक्त अतिप्रवाह टोरॉयडल ट्रांसड्यूसर दिखाता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक रिंग को पॉलीयूरेथेन रबर आस्तीन में निलंबित कर दिया गया है, और बाहरी दुनिया के साथ दबाव संतुलन प्राप्त करने के लिए अंदर सिलिकॉन तेल से भरा हुआ है। पॉलीयूरेथेन रबर आस्तीन आदर्श ध्वनि-संचारण सामग्री है, इस प्रकार के ट्रांसड्यूसर में पॉलीयूरेथेन रबर के प्रत्यक्ष जलसेक कोटिंग रूप के समान कार्य विशेषताएं हैं। PZT-4 गोल ट्यूब Φ 150mm ×Φ 140mm × 50mm के लिए, 5 की आवृत्ति रेंज में पॉलीयुरेथेन रबर का सिमुलेशन विश्लेषण और प्रयोग अध्ययन, ~ 10kHz आस्तीन की सामग्री को टाइटेनियम मिश्र धातु या स्टील से बदल दिया जाता है। परिणामस्वरूप, टाइटेनियम मिश्र धातु उत्सर्जन वोल्टेज प्रतिक्रिया को लगभग 6dB तक कम कर देता है, और स्टील उत्सर्जन वोल्टेज प्रतिक्रिया को लगभग 12dB तक कम कर देता है।

 

3. निष्कर्ष

ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी के सौ साल के विकास इतिहास को देखते हुए, पहले पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के जन्म से लेकर आधुनिक ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी के जोरदार विकास तक, पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर में तकनीकी नवाचार अक्सर सामने आए हैं। ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी के नवाचार और विकास के मुख्य लक्ष्यों में शामिल हैं: जटिल प्रक्रियाओं को सरल बनाना, तकनीकी बाधाओं को तोड़ना, तकनीकी सीमाओं को फिर से लिखना, व्यापक तकनीकी प्रदर्शन में सुधार करना, नई अवधारणाओं और नए तंत्रों का प्रस्ताव करना, नई तकनीकी दिशाओं को उत्पन्न करना और विकसित करना, और ट्रांसड्यूसर अनुशासन प्रणाली के सिद्धांत को गहरा और परिपूर्ण करना आदि। यह आलेख कुछ शोध मामलों का परिचय देता है जो नई सामग्री अनुप्रयोग, नई ट्रांसड्यूसर संरचना और प्रौद्योगिकी इत्यादि के पहलुओं से ट्रांसड्यूसर के अभिनव डिजाइन और उत्कृष्ट शिल्प कौशल को दर्शाते हैं।