पानी के भीतर ध्वनिक ट्रांसड्यूसर के प्रकार और डिज़ाइन(1)

ध्वनि तरंगें ही एकमात्र वाहक हैं जिन्हें विशाल समुद्र में लंबी दूरी तक सूचना और ऊर्जा संचारित करने में मनुष्य को महारत हासिल है। लोग राडार विकसित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग करते हैं। इसी प्रकार, लोग विकास के लिए सूचना वाहक के रूप में ध्वनि तरंगों का उपयोग करते हैं पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर । स्थिति निर्धारण, पहचान और संचार सोनार के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरण। विशाल महासागर के सामने, सोनार शोल्डर एक महत्वपूर्ण मिशन है: इसका उद्देश्य विशाल समुद्र के सभी कोनों तक पहुंचना, विभिन्न चीजों की पहचान करना, लोगों को पानी के नीचे की दुनिया का असली चेहरा बताना, लोगों को समुद्र के रहस्यों का पता लगाने में मदद करना है। पानी के भीतर संचार नेविगेशन बनने के लिए, वे जलीय कृषि, मत्स्य पालन, समुद्री संसाधन विकास, समुद्री भूवैज्ञानिक और भू-आकृति विज्ञान अन्वेषण, सैन्य हथियार आदि के क्षेत्र में हैं। ध्वनि तरंगें सबसे अच्छा पानी के नीचे सूचना वाहक बनने का कारण यह है कि जल माध्यम में ध्वनि तरंगों में विद्युत चुम्बकीय तरंगों जैसे अन्य भौतिक क्षेत्रों की तुलना में सबसे छोटा क्षीणन गुणांक होता है, और लंबी दूरी का प्रसार प्राप्त किया जा सकता है। यह लाभ सोनार को मिलता है जो अल्ट्रासोनिक तरंगों के प्रारंभिक उपयोग से पानी के नीचे का निरीक्षण करता है। लक्ष्य शुरू होता है और विकसित होता रहता है। वर्तमान में, सोनार की कार्यशील आवृत्ति रेंज को एक विस्तृत श्रृंखला तक बढ़ा दिया गया है। सक्रिय सोनार दसियों हर्ट्ज़ से लेकर कई दसियों मेगाहर्ट्ज़ तक होता है। निष्क्रिय सोनार की कम आवृत्ति को इन्फ्रासाउंड रेंज तक बढ़ा दिया गया है। इतने व्यापक आवृत्ति बैंड में, नियमों के अनुसार। सिग्नल फॉर्म एक महत्वपूर्ण उपकरण को उत्तेजित करता है जो ध्वनि तरंगों और इंद्रियों को उत्पन्न करता है और विरूपण के बिना पानी में ध्वनि तरंगों को प्राप्त करता है। इसे सोनार ट्रांसड्यूसर या सोनार ऐरे कहा जाता है। ये उपकरण सोनार प्रणाली के फ्रंट-एंड उपकरण हैं। वे सोनार प्रणाली के लिए जल माध्यम के साथ बातचीत करने और जानकारी का आदान-प्रदान करने के लिए 'विंडो' भी हैं। वे सोनार प्रणाली हैं, इसलिए सोनार ट्रांसड्यूसर या सोनार सरणी को स्पष्ट रूप से सोनार प्रणाली की 'आंख और कान' के रूप में जाना जाता है। सोनार प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग क्षेत्र के निरंतर विस्तार के साथ, सैन्य टकराव और परिचालन आवश्यकताओं में सुधार के साथ नए सिद्धांत, नई प्रौद्योगिकियां और नए सोनार उपकरण एक अंतहीन धारा में उभरे हैं। नई सोनार प्रौद्योगिकी के विकास ने तेजी से विकास को प्रेरित किया है पानी के नीचे अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर तकनीक। ट्रांसड्यूसर के क्षेत्र में समान तकनीकी सफलताओं और नई सामग्रियों, नए तंत्रों और नए संरचनात्मक ट्रांसड्यूसर के विकास ने भी सोनार प्रणाली को एक नया रूप दिया है। यहां ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी के विकास का एक संक्षिप्त अवलोकन दिया गया है, इसमें नई सामग्री हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर, नई संरचना और नए तंत्र हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर, नए हाइड्रोफोन, ब्रॉडबैंड ट्रांसड्यूसर तकनीक आदि शामिल हैं।

 नई सामग्री पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर :

एडीसीपी पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर एक उपकरण है जो सोनार प्रणाली में ऊर्जा रूपांतरण को कार्यान्वित करता है। इसमें ऊर्जा को परिवर्तित करने की क्षमता वाली एक विशेष सामग्री होती है। इस सामग्री को कार्यात्मक सामग्री कहा जाता है। ट्रांसड्यूसर बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली कार्यात्मक सामग्रियों में मुख्य रूप से पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री (जैसे पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक, पीजोइलेक्ट्रिक पॉलिमर इत्यादि) और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री (जैसे निकल, कोबाल्ट, निकल-लौह मिश्र धातु, फेराइट, दुर्लभ पृथ्वी फेरोलॉय इत्यादि) शामिल हैं, वे विद्युत क्षेत्र ऊर्जा, चुंबकीय क्षेत्र ऊर्जा और यांत्रिक ऊर्जा के बीच पारस्परिक रूपांतरण का एहसास करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव प्रभाव का उपयोग करते हैं। ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी में सफलता मूल रूप से कार्यात्मक सामग्रियों में तकनीकी सफलताओं से निर्धारित होती है। हाल के वर्षों में, कार्यात्मक सामग्रियों के विभिन्न क्षेत्रों में तकनीकी उपलब्धियों ने ट्रांसड्यूसर प्रौद्योगिकी के विकास को भी बढ़ावा दिया है। 1963 में, डॉ. क्लार्क ने पाया कि लैंथेनाइड श्रृंखला की दुर्लभ पृथ्वी सामग्री में अद्भुत मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव गुण हैं, लेकिन उन्हें व्यावहारिक उपयोग में नहीं लाया गया है क्योंकि क्यूरी बिंदु कमरे के तापमान से कम है। यह पाया गया कि दुर्लभ पृथ्वी तत्वों और बाइनरी, टर्नरी या चतुर्धातुक मिश्र धातुओं से बने लोहे में भी कमरे के तापमान पर सुपरमैग्नेटोस्ट्रिक्टिव गुण होते हैं। सबसे अधिक प्रतिनिधि पृथ्वी मिश्र धातु टेरफेनोल (घटक टीबी, डाई, फ़े) है।

यह एक नई कार्यात्मक सामग्री बन गई है जिस पर 1980 के दशक से बहुत अधिक ध्यान दिया गया है। फेरोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल बिस्मथ मैग्नीशियम सिलिकेट मैग्नेट-लीड टाइटेनेट (पीएमएन-पीटी) और लेड बिस्मथ साइट्रेट-लीड टाइटेनेट (पीजेडएन-पीटी), एक नए प्रकार का मिश्रित पेरोव्स्काइट क्रिस्टल सामग्री है, जो अचानक वृद्धि भी है। आशाजनक अनुप्रयोगों के साथ कार्यात्मक सामग्रियों का एक नया वर्ग। इससे पहले, निकेल का उपयोग आमतौर पर गहराई खोजक ट्रांसड्यूसर सामग्रियों में किया जाता था। 1917 में, फ्रांसीसी वैज्ञानिक लैंग ज़िवान ने सोनार ट्रांसड्यूसर बनाने के लिए क्वार्ट्ज क्रिस्टल का उपयोग किया, जिससे 1940 के दशक में सोनार पर पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के अनुप्रयोग के लिए एक मिसाल कायम की गई, मजबूत पीजोइलेक्ट्रिक गुणों के साथ BaTiO। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान सोनार प्रणालियों में पीजो सिरेमिक को सफलतापूर्वक विकसित और बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया था; 1950 के दशक में विकसित PZT पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ने Ba-TiO, सिरेमिक को उनके व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज और उत्कृष्ट इलेक्ट्रोमैकेनिकल रूपांतरण दक्षता के साथ मुआवजा दिया। दुर्लभ पृथ्वी मिश्र धातु सामग्री की कमियां, जो कभी हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर के लिए पसंदीदा सामग्री थी, वे कमरे के तापमान की तुलना में कम तापमान पर अधिक होती हैं, जैसे कि 77 K पर Tb और Dy0। सामग्री के मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव स्ट्रेन का अधिकतम मूल्य 0.65% है, जबकि टेफेनॉल-डी में कमरे के तापमान पर 0.25% का मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव स्ट्रेन है।

अल्ट्रासोनिक हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर के बारे में, दुर्लभ पृथ्वी मिश्र धातु रॉड सामग्री को ठंडी हवा कक्ष में रखा जाता है, और रेफ्रिजरेटर के कूलिंग टॉवर द्वारा परिचालित और ठंडा किया जाता है। ठंडे गैस कक्ष को सुपरकंडक्टिंग सामग्री के कॉइल द्वारा एक डीसी पूर्वाग्रह चुंबकीय क्षेत्र और एक उत्तेजना चुंबकीय क्षेत्र प्रदान किया जाता है, और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव रॉड स्ट्रेचिंग कंपन उत्पन्न करने के लिए उत्साहित होती है और मशीन से गुजरती है। संक्रमण पिस्टन विकिरण सतह पर प्रसारित होता है, और पिस्टन विकिरण सतह दबाव तरंग विकिरण उत्पन्न करने के लिए जल माध्यम को धक्का देती है। निर्वात कक्ष को संरचना में डिज़ाइन किया गया है, इसका उद्देश्य ऊष्मा चालन को अलग करना है। निर्वात कक्ष की बाहरी दीवार एक आकार का दबाव प्रतिरोधी आवरण है, जो 10 वायुमंडल के दबाव को सहन कर सकती है। मुख्य तकनीकी पैरामीटर इस प्रकार हैं: गुंजयमान आवृत्ति 430Hz, अधिकतम ध्वनि स्रोत स्तर 181.4dB, दक्षता लगभग 25% है। इस प्रकार के ट्रांसड्यूसर की निर्माण प्रक्रिया जटिल है। हाल के वर्षों में, लोग अभी भी टेरफेनोल-डी सामग्रियों का उपयोग करने के इच्छुक हैं जो कमरे के तापमान पर काम करते हैं, कुछ मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव उपभेदों को त्यागते हैं और विकिरण प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए उन्हें नई संरचनाओं के साथ प्रतिस्थापित करते हैं। 

निम्नलिखित कई संरचनात्मक मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्रियों की अनुसंधान प्रगति का संक्षिप्त परिचय है पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर एस. अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर की एक सरल संरचना होती है, और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव रॉड को एक आयामी कंपन प्रणाली बनाने के लिए सामने विकिरण सिर और पूंछ द्रव्यमान के साथ जोड़ा जाता है। सामने का विकिरण सिर आम तौर पर एक हल्का पदार्थ होता है, और पूंछ का द्रव्यमान आम तौर पर एक विकिरण सतह और बड़े कंपन विस्थापन को प्राप्त करने के लिए एक घना पदार्थ होता है। टेरफेनोल-डी सामग्री के साथ विकसित दो प्रकार के अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर पेश किए गए हैं। एक एक सामान्य अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर है जिसमें 1200 हर्ट्ज की गुंजयमान आवृत्ति, 3 किलोवाट की ध्वनि शक्ति और 60 किलोग्राम का ट्रांसड्यूसर वजन होता है। दूसरा दुर्लभ पृथ्वी की छड़ के दो सिरे हैं। इन्हें 400 हर्ट्ज की गुंजयमान आवृत्ति, 1.5 किलोवाट की ध्वनि शक्ति और 100 किलोग्राम के ट्रांसड्यूसर वजन के साथ फ्लेयर्ड डबल-एंड विकिरण अनुदैर्ध्य ट्रांसड्यूसर के रूप में डिजाइन किया गया है। परिपत्र
अल्ट्रासोनिक गहराई सेंसर ट्रांसड्यूसर के बारे में, इसमें नियमित बहुभुज को घेरने वाली कई दुर्लभ पृथ्वी छड़ें होती हैं, और उच्च शक्ति ध्वनिक विकिरण प्राप्त करने के लिए रेडियल कंपन के लिए संक्रमण टुकड़े द्वारा गोलाकार सतहों की एक श्रृंखला उत्साहित होती है। जिसने 200 हर्ट्ज की गुंजयमान आवृत्ति (आंतरिक व्यास 0.56 मीटर, बाहरी व्यास 0.94 मीटर, ऊंचाई 0.37 मीटर, ध्वनि स्रोत स्तर 193 डीबी, वजन) 410 किलोग्राम) और 30 हर्ट्ज (2 मीटर व्यास, ऊंचाई 1.1 इंच, ध्वनि स्रोत स्तर 195 डीबी, वजन) की गुंजयमान आवृत्ति के साथ एक ट्रांसड्यूसर के साथ दुर्लभ पृथ्वी कम आवृत्ति उच्च शक्ति टोरॉयडल ट्रांसड्यूसर की एक श्रृंखला विकसित की। 5t).