Pregled razvoja dubokovodnih niskofrekventnih odašiljačkih podvodnih akustičnih pretvornika

S razvojem istraživanja oceana, postoji širok raspon potražnje za sondama koje mogu raditi u dubokoj vodi. Dubokovodni pretvarači uglavnom se montiraju na razne vrste samostalnih podvodnih platformi,

platforma može primiti ograničeni volumen i težinu, kao i kapacitet napajanja, niskofrekventni pretvarač je potreban da zadovolji karakteristike male veličine, niske težine, visoke učinkovitosti i visoke otpornosti na hidrostatski tlak.

Ovaj rad predstavlja napredak istraživanja niskofrekventnih dubokovodnih sondi u zemlji i inozemstvu, uključujući uobičajene vrste sondi, njihove karakteristike i razvojne probleme, za referencu istraživačima u

povezana polja.196dB i težina je 2800kg; Zvuk vrlo niske frekvencije od 65 Hz Maksimalna razina izvora izvora je 203 dB, a težina je 1900 kg. Njegov glavni nedostatak je što je ograničen strukturnim karakteristikama zakrivljenog diska, a radna dubina je teško doseći 1000 metara.

 

2.2 Janus-Helmholtz sonda

Janus-Helmholtz sonda se također može pripisati Helmholtz sondi. Njegov tipičan oblik je da dvostrani longitudinalni vibrator pobuđuje krute cilindrične ljuske na oba kraja, koristeći frekvenciju šupljine tekućine i frekvenciju radijalne vibracije za formiranje vrha dvostruke rezonancije. Glavni dio je uzdužni pretvarač vibracija koji može zračiti na obje strane (naziva se Janusov pretvarač). Par cilindričnih školjkastih šupljina smješten je na vanjskoj strani glave zračenja Janusovog pretvarača, a prostor koji zatvaraju šupljina i Janusov pretvarač formira se Helmholtzeva rezonantna šupljina, koja radi pod utjecajem uzdužne vibracije Janusovog pretvarača. Njegova struktura može raditi u dubljim vodama bez upotrebe uređaja za kompenzaciju tlaka. , Koristeći spoj moda rezonancije tekuće šupljine i uzdužnog načina vibracija, ima karakteristike niske frekvencije, širokopojasnosti, velike snage, a istovremeno ima relativno malu veličinu, što je prikladno za korištenje kao dubokomorski niskofrekventni izvor zvuka. IXBLUE je razvio razne Janus-Helmholtz sonde pune dubine JH250-6000, JH650-6000, itd. Radni frekvencijski pojas JH250-6000 sonde je 200Hz-1050Hz, ukupna veličina je Φ 72*112cm, težina je 450kg, a izvor zvuka Razina je veća od 196dB; radni frekvencijski pojas JH650-6000 sonde je 580Hz-2020Hz, vanjska dimenzija je Φ 45*61cm, a težina je 90kg. Razina izvora zvuka veća je od 196 dB; nedostaci su mu velike fluktuacije u bendu.

 

Mnoge domaće jedinice također su provele srodna istraživanja Janus-Helmholtzovih sondi. Ova vrsta sonde ima relativno malu veličinu i težinu za postizanje niskofrekventnog radnog učinka, a teoretski, izvedba sonde se ne mijenja s dubinom i ima dobre izglede za primjenu. Glavni problem je taj što režim rezonancije tekuće šupljine ima visoku Q vrijednost, što dovodi do oštre vodljivosti i krivulja odziva u blizini vrha rezonancije tekuće šupljine, što nije pogodno za dizajn mreže za usklađivanje i ima određeni utjecaj na širokopojasni rad. Hangzhou Institut za primijenjenu akustiku proveo je istraživanje o problemima JH sondi i učinkovito poboljšao dva problema spajanja rezonantnih modova tradicionalnih Janus-Helmholtz sondi, te poboljšao propusnost i radni frekvencijski pojas sonde. Ravnost odziva prijenosnog napona. Proizvedeni prototip sonde ima radni frekvencijski raspon od 400~700Hz, vršnu frekvenciju šupljine tekućine od 480Hz, propusnost odziva napona prijenosa (6dB) veću od 200Hz i maksimalnu razinu izvora zvuka od 205dB. Relativno visokofrekventni radni raspon frekvencije prototipa je 700~1400 Hz, vršna vrijednost šupljine tekućine je 760 Hz, širina odziva napona prijenosa (6 dB) veća je od 500 Hz, a maksimalna razina izvora zvuka je 200 dB.

 

2.3 Janus-Hammer Bell sonda

 

U 2013., dubokovodna sonda, koja se dosta razlikuje od tradicionalne JH sonde. Posebno uključuje dvosmjerno zračenje uzdužnog vibracijskog pretvarača i krutu cilindričnu školjku, koja je postavljena na kruti cilindar. Na srednjoj masi. Mehanizam leži u spoju dvostranog longitudinalnog načina vibracije i toroidalnog načina (dva aluminijska prstena). Uzdužne vibracije tjeraju tekućinu u šupljini da vibrira, uzrokujući rezonanciju krute cilindrične ljuske. Uzdužni način je spojen s radijalnim načinom ljuske. Da bi se postiglo širokopojasno zračenje, unutarpojasna razina je u osnovi neusmjerena. Upotrijebite ovu sondu za provođenje eksperimenta širenja zvuka na velike udaljenosti. JHB sonda postavljena je na os kanala (oko 1000 m), a vertikalni prijemni niz od 20 juana koristi se za uspješan prijem signala od 1000 km.

2.4 Sonda s preljevnim prstenom

 

Sonda s preljevnim prstenom uobičajen je tip dubokovodnih sondi u srednjim i niskofrekventnim pojasima. Unutarnja i vanjska površina keramičkog prstena zabrtvljene su vodonepropusnim materijalima (poliuretan ili vulkanizirana guma). Hidrostatski pritisak na strukturu je samouravnotežen, a teoretski radna dubina nije ograničena dubinom vode. U isto vrijeme, razuman dizajn veličine šupljine tekućine toroidalnog pretvarača može pobuditi vršnu rezonanciju niskofrekventne šupljine tekućine i kombinirati se s radijalnom rezonancijom samog toroida kako bi se postigli širokopojasni radni učinci u više modova. Općenito rade u frekvencijskom rasponu od 1kHz~10kHz. Za frekvencijske pojaseve ispod 1kHz potrebno je izraditi mozaične prstenove velikih dimenzija, što zahtijeva visoku tehnologiju montaže. Sonda s preljevnim prstenom prijavljena u inozemstvu ima radni frekvencijski pojas od 250Hz-1kHz i izvor zvuka. Razina je 197dB, promjer 1m, visina 1,6m, a težina oko 800kg.

lan 'latentni standard dubinske akustične tomografije', i postigao je preliminarne rezultate, no još ima prostora za daljnja poboljšanja. Radni frekvencijski raspon uređaja je 400Hz~550Hz, maksimalni odziv napona prijenosa je 132dB, a maksimalna razina izvora zvuka je 182dB. Na temelju dva skupa dubokomorskih akustičnih tomografskih podmorskih ciljeva ovog pretvarača, niske frekvencije (500 Hz), duboke vode (1000 m dubine osi kanala), dugoročne (3 mjeseca vremena na dužnosti) emisije akustičnog signala i prijema akustičnog signala na vertikalnom profilu na dubini od 300 m ~ 1500 m. U patentu korisnog modela za primijenjenu preljevnu pretvornicu savitljivosti, čvrsta pjenasta plastika korištena je kao materijal otporan na pritisak, frekvencija rezonancije je 2,4 kHz, a odziv napona prijenosa je 126 dB. Inženjersko sveučilište u Harbinu predložilo je u patentu 'Fazno invertirani dubokomorski fleksibilni podvodni akustični pretvornik'. Ugradnjom invertiranih cijevi poluvalne duljine na oba kraja IV tipa savitljive sonde zrači se unutarnje zračenje preljevne savitljive sonde. Faza zvučnog tlaka je invertirana za 180 stupnjeva, što prilagođava fazu zvučnog tlaka unutar savitljivog zračećeg omotača, tako da je zvučni tlak koji zrači s unutarnje strane na mlaznici obrnute cijevi u istoj fazi kao i zvučni tlak koji zrači izvana vibrirajućeg omotača, prevladavajući tradicionalni problem niske učinkovitosti zračenja preljevnog savitljivog pretvornika tipa. Kroz ovu konstrukciju, pretvornik ima tri sinfazne zračne površine, naime klipnu eliptičnu ravnu zračeću površinu na oba kraja i školjkastu zračeću površinu flekstenzijskog pretvornika, tvoreći trostruki sinfazni matrični mod, koji omogućuje flekstenzijsku transdukciju. Uređaj oblikuje usmjerenost u obliku osmice, zbog čega ima karakteristike usmjerene emisije.

2.6 Niskofrekventni pretvarač s kompenzacijom plina

 

Američka tvrtka Alliant Techsystems razvila je podvodni akustični pretvarač visoke snage ultra niske frekvencije HX-554 za akustičnu termometriju oceanske klime (ATOC) 1993.-1994. Pretvornik se sastoji od 10 piezoelektričnih hrpa kristala duljine 1085 mm, širine 119 mm i debljine 53 mm (svaka hrpa kristala je napravljena od 92 piezoelektrične keramičke kvadratne ploče spojene zajedno, a dio pasivnog materijala dodan je u sredinu hrpe kristala) u kantu. Oblikovana struktura, s unutrašnjom vrećom za napuhavanje za uravnoteženje hidrostatskog tlaka, a radna dubina može doseći 1000 metara. Pretvornik koristi piezoelektrične vibracije savijanja niza za emitiranje horizontalnih neusmjerenih zvučnih valova. Frekvencija rezonancije je 75Hz, radni pojas je 57-92Hz, a maksimalna razina izvora zvuka je 197dB (snaga zvuka 420W, CW puls); ukupna veličina sonde je 2,06 duga. m, promjera 0,94 m, 2300 kg u zraku, 770 kg u vodi, plus potporna konstrukcija i sustav za napuhavanje, ukupna težina je 5500 kg.

 

2.7 Hidrodinamički izvor zvuka

Izvor zvuka pokretan tekućinom koristi hidraulički pogon za generiranje vibracija i ima karakteristike emisije ultra niske frekvencije, široke radne frekvencije, dugog radnog hoda i velikog potiska. HLF-1 hidraulički izvor zvuka koji je razvio Hydroacoustics ima radni frekvencijski raspon od 20Hz-2kHz, razina izvora zvuka može doseći 196dB pri rezonanciji od 260Hz, a njegova najveća veličina je 1m. Razvijeni hidraulički izvor zvuka HLF-4 ima jedan izvor zvuka s razinom izvora zvuka od 206 dB na frekvenciji rezonancije od 57 Hz i propusnosti od 14 Hz. Za formiranje matrice koristi se 5 izvora zvuka, a razina izvora zvuka dosegla je 221dB. Poznat je 1991. Ovaj pretvarač korišten je u testu mjerenja temperature oceana na Heard Islandu, a zvučni signal ima udaljenost širenja od 18 000 km.

 

3 Zaključak

Različiti tipovi dubokovodnih niskofrekventnih odašiljačkih sondi imaju velike razlike u veličini, težini i dubokim akustičkim karakteristikama. Nemoguće je zadovoljiti potrebe raznih tipova sonarne opreme s jednom sondom. Na primjer, sonda preljevnog prstena ima dobre performanse. Stabilnost u dubokoj vodi, usmjerenost pokrivanja cijelog prostora, bolji širokopojasni učinak, ali odgovarajuća veličina i težina su relativno velike; JH sonda postiže niskofrekventni i širokopojasni rad u relativno malom volumenu, ali se njegova usmjerenost više mijenja s frekvencijom. Velike, a često postoje i duboke 'doline' u frekvencijskom pojasu, što ima određeni utjecaj na stvarni učinak korištenja. U skladu sa stvarnim potrebama projekta, treba sveobuhvatno razmotriti zahtjeve prikladnosti, razinu izvora zvuka, usmjerenost, širokopojasni rad itd., te treba odabrati odgovarajuću vrstu dubokovodnog niskofrekventnog odašiljača.