Perkembangan baru keramik piezo digunakan dalam transduser sonar bawah air

Transduser adalah bagian penting dari sonar. Dilihat dari sejarah hidroakustik, setiap langkah perkembangan akustik bawah air tidak terlepas dari perkembangan teknologi transduser. Karena transduser hidroakustik memainkan peran penting dalam rekayasa akustik bawah air, banyak negara maju telah berinvestasi besar-besaran dalam penelitian ini. Dari sejarah perkembangan peralatan akustik bawah air, sejak awal Perang Dunia Pertama, transduser tipe Langevin terdiri dari kristal keramik piezoelektrik dan massa logam digunakan. Setelah banyak penggantian produk, transduser digunakan. Performanya telah meningkat pesat. Dalam dua atau tiga dekade terakhir, karena permintaan militer, pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, pengembangan berkelanjutan dan penerapan bahan transduser baru, dan penerapan analisis elemen piezo hingga dalam desain transduser, penelitian transduser. Berdasarkan teori klasik dan metode analisis, banyak konsep dan metode baru yang bermunculan. Transduser akustik bawah air menghadapi babak baru penggantian produk. Transduser encer magnetostriktif raksasa, transduser keramik piezo elektrostriktif berkinerja tinggi, hidrofon vektor, transduser komposit piezoelektrik, hidrofon PVDF area besar frekuensi rendah, hidrofon serat optik, dll. Ini mewakili perkembangan terkini dalam penelitian transduser. Dari aspek tersebut, artikel ini menantikan perkembangan terkini transduser sonar bawah air.

transduser magnetostriktif raksasa

Pada tahun 1970-an, AE Clark menemukan bahwa paduan tanah jarang mempunyai sifat super magnetostriktif. Regangan maksimum yang disebabkan oleh efek magnetostriktif adalah 6 hingga 20 kali lebih besar dibandingkan dengan regangan maksimum transduser tabung piezoelektrik yang digunakan dalam transduser akustik bawah air, dan kepadatan energinya sekitar 10 hingga 20 kali lipat, dan kecepatan suara hanya 2/3 hingga 3/4 dari keramik piezoelektrik, dan perbandingan kinerja antara bahan tanah jarang Terfenol2D dan bahan piezoelektrik konvensional PZT-8 dan nikel diberikan. Oleh karena itu, dalam kondisi volume yang sama, transduser hidroakustik Terfenol2D memiliki frekuensi resonansi 2/3 hingga 3/4 lebih rendah daripada frekuensi resonansi transduser hidroakustik keramik piezoelektrik. Karena transduser yang terbuat dari bahan magnetostriktif raksasa tanah jarang Terfenol2D memiliki karakteristik daya transmisi yang besar, volume kecil, ringan dan lingkungan bersuhu tinggi, maka diperoleh pengembangan transduser akustik bawah air frekuensi rendah-frekuensi sangat rendah berdaya tinggi. Perhatian dan penerapan yang memadai. Pada tahun 1980-an, negara-negara maju telah mengembangkan berbagai transduser tanah jarang dan menerapkannya pada bidang militer. Swedia telah berhasil mengembangkan transduser tanah jarang melengkung dengan kekuatan suara 151 kW untuk penyapuan ranjau. Tiongkok memulai penelitian pada tahun 1990an, namun kemajuannya pesat. Mereka telah berhasil mengembangkan transduser lentur tanah jarang, transduser bertatahkan tanah jarang dan transduser tanah jarang batang komposit memanjang, dll. Fitur utama bahan Terfenol2D adalah (1) bahan rapuh dan pemesinan sulit. (2) Karena bahan tanah jarang tidak hanya merupakan bahan konduktif magnetis tetapi juga bahan konduktif, ketika medan magnet luar berubah, transduser tanah jarang akan timbul. Rugi-rugi arus eddy akan timbul di dalam, dan rugi-rugi akan besar pada frekuensi tinggi. Dibandingkan dengan transduser keramik piezoelektrik, transduser magnetostriktif raksasa perlu mengatasi masalah seperti bias magnetik, pratekan, kehilangan arus eddy, dan kompensasi air dalam. Saat ini, ada beberapa solusi untuk mengatasi kekurangan tersebut. Untuk menyelesaikan masalah material getas dan kehilangan arus eddy yang besar, dipelajari material magnetostriktif raksasa GMPC, bubuk Terfenol 2D, dicampur bahan pengikat, dan dipres serta dibentuk dengan metalurgi serbuk. Untuk desain transduser magnetostriktif raksasa, merupakan solusi yang menguntungkan untuk memanfaatkan sepenuhnya deformasi besar dan kepadatan energi yang tinggi sebagai sumber eksitasi transduser lentur. Hal ini dapat digunakan untuk membuat berbagai frekuensi rendah, volume kecil dan konversi daya tinggi. Pemilihan bias magnetik, pratekan, dan teknik penerapan bahan magnetostriktif raksasa tanah jarang yang tepat memiliki dampak besar pada kinerja transduser. Umumnya bias magnet dipilih pada 1/3 dari nilai saturasi magnetostriktif, dan prategang dipilih dari 7 MPa hingga 10 MPa untuk memperoleh daya keluaran yang besar.

Hidrofon serat optik

Teknologi hidrofon serat optik dimulai di Laboratorium Angkatan Laut AS pada akhir tahun 1970an. Hidrofon serat optik memiliki keunggulan sensitivitas tinggi, kemampuan interferensi anti-elektromagnetik yang kuat, rentang dinamis yang besar, ukuran kecil dan ringan. Belahan piezoelektrik Pzt4 . Oleh karena itu, teknologi ini sangat dihargai begitu lahir, dan dianggap sebagai salah satu teknologi kunci pertahanan negara. Setelah lebih dari 20 tahun pengembangan, teknologi hidrofon serat optik telah mengalami kemajuan besar di negara maju, dan berbagai hidrofon serat optik telah diperkenalkan. Mereka telah menyelesaikan sistem pemantauan suara kapal selam hidrofon semua serat, susunan saluran derek, susunan konformal kapal selam dan sebagainya. Secara khusus, keberhasilan pengembangan laser solid-state telah membuka banyak sekali aplikasi serat optik. Teknologi hidrofon serat optik juga memiliki awal yang baik. Kinerja prototipe unit telah mendekati atau mencapai tingkat internasional, dan penelitian teknologi susunan hidrofon serat optik telah dilakukan. Penetrasi penelitian sonar ke dalam teknologi laser tentunya akan membuka lembaran baru dalam penelitian sonar. Semua jenis hidrofon serat optik dirancang sesuai dengan efek gelombang suara untuk membuat modulasi fase atau modulasi intensitas cahaya serat. Serat dibagi menjadi serat multimode dan serat mode tunggal. Hidrofon serat optik sebagian besar terbuat dari serat mode tunggal. Jenis interferometer dan jenis modulasi intensitas cahaya. Di bawah pengaruh tekanan suara, tegangan dihasilkan di inti serat optik yang menyebabkan perubahan indeks bias dan panjang. Kedua perubahan ini menyebabkan modulasi fase dari laser yang merambat di serat optik. Hidrofon serat optik jenis interferometer menggunakan serat yang dipengaruhi oleh medan suara sebagai serat sensitif, dan yang lainnya dipisahkan dari medan suara. Serat dengan perbedaan fasa tetap digunakan sebagai serat referensi, yang ditempatkan pada lengan interferometer, dan konverter fotolistrik. Setelah sintesis, interferensi terbentuk pada permukaan pengganda foto yang diterima, dan informasi akustik terdeteksi. Karena panjang gelombang cahaya sangat kecil, sedikit ketegangan sinyal yang disebabkan oleh tekanan suara bukanlah perubahan kecil terhadap panjang gelombang cahaya, dan dengan demikian menyebabkan perubahan besar dalam intensitas cahaya keluaran, sehingga sensitivitas hidrofon jenis interferensi serat sangat tinggi. Kinerja teknis yang dicapai oleh hidrofon serat optik dari interferometer serat adalah sebagai berikut: sensitivitas tegangan penerimaan: - 140dB (0dB = 1V/μPa) Sensitivitas fase: 2.56 × 10 - 8 rad / μPa. Respons frekuensi: 16Hz ~ 10kHz (undulasi ≤ 3dB) arah: omnidirection (undulasi ≤ 2.5dB) Di antara semua intensitas jenis hidrofon, hidrofon tipe kisi adalah detektor akustik bawah air yang baru, terbukti dan efektif. 

Outputnya dinyatakan sebagai modulasi intensitas langsung dari medan suara yang datang. Prinsip kerja utamanya adalah menyebabkan perpindahan relatif dua kisi antara sumber cahaya konstan dan penerima cahaya di bawah aksi medan suara, dan intensitas penerimaan adalah fungsi dari perpindahan relatif kedua kisi, sehingga medan suara dapat diubah. Untuk modulasi intensitas. Hidrofon kisi itu sendiri pada dasarnya terdiri dari dua pandu gelombang optik (atau serat) yang sejajar secara aksial dengan celah kecil dan lubang di celah yang mengontrol transmitansi memberikan modulasi intensitas yang diperlukan. Hidrofon memberikan semua keuntungan dari perangkat modulasi intensitas langsung dan tidak mahal. Metode kisi dapat mencapai sensitivitas yang relatif tinggi, dan perangkat ini mudah dibuat, tanpa teknologi optik canggih, dan memiliki rentang dinamis hingga 160 dB, serta memiliki kemampuan mendeteksi perpindahan yang disebabkan oleh suara kurang dari 0,01 A. Selain itu, karena pilihan kerapatan kisi, offset, daya optik, dan struktur hidrofon yang fleksibel, terdapat lebih banyak fleksibilitas dalam desain sensitivitas, rentang dinamis, ukuran, dan rentang frekuensi pengoperasian. Untuk hidrofon serat optik, derau tembakan yang disebabkan oleh fluktuasi arus pada fotodioda merupakan sumber derau utama dan sering disebut sebagai batas derau teoretis. Selain itu, penyelarasan sinar, isolasi sinar referensi, dan isolasi getaran sumber mempunyai dampak langsung terhadap kinerja. Kerugian terbesar dari hidrofon serat optik adalah efek suhu yang besar.