Pengembangan Transduser Akustik Bawah Air dalam Aplikasi Deteksi Bawah Air

Itu transduser akustik bawah air adalah alat utama yang menggunakan gelombang suara untuk mendeteksi, mengidentifikasi dan menemukan target bawah air, atau untuk berkomunikasi dan mengirim laporan di bawah air. Transduser yang digunakan untuk memancarkan gelombang suara disebut pemancar. Ketika transduser dalam keadaan memancarkan, ia mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dan kemudian menjadi energi akustik. Saat ini, elemen susunan transduser konvensional yang dirancang dengan bahan piezoelektrik, terutama transduser frekuensi rendah, memiliki volume dan berat yang besar karena karakteristik strukturalnya, yang tidak hanya meningkatkan biaya produksi, penggunaan dan pemeliharaan, namun juga mengusulkan fitur khusus untuk platform. Persyaratan dan batasan skala dan bentuk formasi, sehingga membatasi taktik dan indikator teknis. Bagaimana mengatasi masalah ukuran dan bentuk susunan akustik, bagaimana menyatukan desain struktur susunan sonar frekuensi rendah dan frekuensi tinggi, dan berdasarkan struktur elemen susunan baru, dengan menggabungkan susunan konformal skala besar untuk meningkatkan suara. Berbagai indikator teknis Array Naji tidak diragukan lagi merupakan kebutuhan mendesak untuk memainkan kinerja tempur platform dan senjata bawah air serta meningkatkan kemampuan tempur bawah air pasukan kita.

 

1 Transduser komposit piezoelektrik tipe baru

Gambar 3.1 Elemen array dan tampilan penampang transduser komposit piezoelektrik kuncup bulan

Gambar 3.2 Elemen array dan tampilan penampang transduser simbal

Tipe kuncup bulan transduser akustik bawah air piezoelektrik (Gambar 3.1) dan transduser komposit piezoelektrik tipe simbal (Gambar 3.2) adalah transduser fleksibel paling representatif yang saat ini difokuskan di luar negeri. Transduser komposit piezoelektrik dari kedua struktur ini diberi nama berdasarkan bentuk tutup ujung logamnya. Rongga tutup ujung logam pada struktur kuncup bulan merupakan tipe kuncup bulan, sedangkan rongga tutup ujung logam pada struktur simbal merupakan tipe simbal, dan rongganya berupa udara. Semuanya terbuat dari komposit logam dan keramik piezoelektrik. Material komposit keramik piezoelektrik logam dipadukan dengan keramik piezoelektrik melalui logam berbentuk pelat, berbentuk cangkang, dan berbentuk tutup untuk mengubah distribusi tegangan di dalam keramik, sehingga meningkatkan kinerja bahan piezoelektrik. Fitur utamanya adalah desain sederhana, pemrosesan mudah, dan biaya rendah. Transduser komposit piezoelektrik kuncup bulan dan transduser komposit piezoelektrik simbal menunjukkan kinerja piezoelektrik yang baik. Struktur ini mengubah distribusi tegangan antarmuka keramik melalui konversi tegangan antara logam berbentuk tutup dan antarmuka keramik, dan menjadikan material komposit Kinerja piezoelektrik longitudinal dan kinerja piezoelektrik transversal menghasilkan efek aditif, sehingga sangat meningkatkan kinerja kopling piezoelektrik dh material. Diantaranya, dh material komposit struktur kuncup bulan 10-20 kali lebih tinggi dibandingkan keramik piezoelektrik. Struktur tutupnya bisa 30-40 kali lebih tinggi dari keramik piezoelektrik. Perbandingan kinerja komposit keramik piezoelektrik logam berbentuk kuncup bulan dan tutup serta keramik piezoelektrik ditunjukkan pada Tabel 3.1.

 

2 transduser simbal

Gambar 4.1 Tampilan bagian dari struktur dasar elemen array transduser simbal

Gambar 4.2 Perpindahan radial chip keramik elemen susunan simbal diubah menjadi perpindahan searah ketebalan tutup logam

Struktur elemen array: Struktur dasar elemen array ditunjukkan pada Gambar 4.1. Ini dibentuk dengan mengikat dua lembar lembaran logam yang dicap menjadi bentuk simbal dan lembaran keramik piezoelektrik. Bahan lembaran logamnya bisa berupa paduan titanium, kuningan, baja paduan, dll. Penggunaan paduan titanium sebagai bahan lembaran logam dapat membuat elemen simbal memiliki ketahanan yang lebih besar terhadap tekanan air. Untuk diameter elemen dp=10mm, the transduser akustik bawah air simbal dapat menahan tekanan pada kedalaman 600 meter. Namun bahan paduan titanium lebih mahal dibandingkan bahan kuningan dan baja paduan. Oleh karena itu, bahan paduan titanium relatif terbatas jika kedalaman air tidak diperhitungkan. Dibandingkan dengan material baja paduan, elemen susunan simbal kuningan memiliki sifat piezoelektrik yang lebih baik bila diterapkan secara bersamaan pada elemen susunan simbal. Bahan keramik piezoelektrik juga terutama mencakup PZT-4, PZT-8 dan PZT-5. Ketika transduser simbal digunakan sebagai transduser transmisi, keramik piezoelektrik PZT-4 dan PZT-8 biasanya digunakan sebagai transduser penerima. Saat digunakan, keramik piezoelektrik PZT-5 biasanya digunakan. Prinsip kerja: Ketika tegangan diterapkan pada dua kutub elemen susunan simbal, keramik piezoelektrik akan menghasilkan getaran memanjang dan lateral. Getaran memanjang dari keramik piezoelektrik membuat kedua pelat logam elemen susunan secara langsung menghasilkan perpindahan memanjang; Perpindahan lateral menyebabkan lembaran logam memampatkan atau mengembang ke arah radial. Karena bentuk simbal yang khusus, hal ini juga menyebabkan perpindahan memanjang pada bagian atas lembaran logam, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. Baik perpindahan memanjang maupun radial pada keramik piezoelektrik akan menyebabkan tutup ujung logam menghasilkan perpindahan memanjang, dan akibat dari superposisi kedua perpindahan tersebut adalah perpindahan tutup ujung logam, yang mengakibatkan penguatan perpindahan tutup ujung logam.

 

3 Karakteristik dan prospek penerapan simbal transduser akustik bawah air piezoelektrik

3.1 Fitur transduser piezoelektrik simbal

1) Elemen susunan berukuran kecil, tekanan statis dan koefisien piezoelektrik tinggi, mudah disesuaikan dengan media air, dan memiliki bandwidth yang sangat besar; di antaranya, desain elemen susunan cekung dan desain keseimbangan hidrostatis khusus digunakan untuk menembus batas kedalaman kerja susunan dasar.

2) Menyediakan jenis sensor dan susunan akustik yang dapat diterapkan secara komprehensif untuk platform bawah air dan senjata bawah air. Jenis susunan akustik ini berukuran kecil, ringan, dan memiliki beragam aplikasi. Mengeklaim.

3) Karena karakteristik kecil dan ringan dari susunan simbal baru, maka dapat dirakit dalam skala besar.

4) Gunakan teori desain elemen susunan simbal dan perangkat lunak khusus untuk menyatukan struktur susunan setiap pita frekuensi menjadi struktur simbal dengan berbagai skala, sehingga setiap pita frekuensi dapat dioptimalkan dan dikembangkan

Hal ini juga menghindari pengujian yang tidak perlu dan membosankan serta membentuk desain dan metode pengembangan susunan simbal baru yang cepat dan terpadu. Dengan menggunakan metode ini, selain mengembangkan produk dengan frekuensi operasi serupa, elemen susunan frekuensi rendah, frekuensi tinggi baru, dan susunan dasar yang bekerja pada pita frekuensi berbeda juga akan dikembangkan.

 

3.2 Prospek aplikasi

1) Komunikasi bawah air: Karena transduser sonar simbal memiliki karakteristik ukuran kecil, ringan, penyebaran mudah, sensitivitas tinggi, dll., elemen susunan sonar simbal dapat dibentuk menjadi susunan linier untuk komunikasi bawah air, atau sebagai Unit sistem komunikasi bawah air membentuk jaringan komunikasi bawah air untuk mewujudkan komunikasi bawah air area luas dan jarak jauh, dan dapat secara instan mengubah posisi pertahanan bawah air sesuai dengan kebutuhan tempur, membuat komunikasi bawah air menjadi cepat dan fleksibel.

2) Digunakan untuk panduan torpedo: Sonar simbal memiliki sensitivitas penerimaan yang tinggi. Sonar simbal dapat diterapkan pada torpedo pasif untuk mewujudkan pelacakan dan panduan torpedo.

3) Digunakan untuk sonar penerima kapal selam: elemen susunan sonar simbal dapat dibentuk menjadi susunan umum, yang dapat disusun di kepala atau samping kapal selam untuk menjalankan fungsi deteksi dan penentuan posisi.

4) Lainnya: dapat digunakan sebagai sonar penarik, sonar penghindar ranjau, sonar celup, dll.