Tinjauan pengembangan transduser akustik bawah air transmisi frekuensi rendah perairan dalam

Dengan berkembangnya penelitian kelautan, terdapat banyak permintaan akan transduser yang dapat bekerja di perairan dalam. Transduser perairan dalam sebagian besar dipasang pada berbagai jenis platform bawah air mandiri

platform dapat mengakomodasi volume dan berat yang terbatas serta kapasitas catu daya, transduser frekuensi rendah diperlukan untuk memenuhi karakteristik ukuran kecil, bobot rendah, efisiensi tinggi, dan ketahanan tekanan hidrostatik yang tinggi.

Makalah ini memperkenalkan kemajuan penelitian transduser laut dalam frekuensi rendah di dalam dan luar negeri, termasuk jenis transduser yang umum, karakteristik dan masalah pengembangannya, untuk referensi para peneliti di

bidang terkait.196dB dan beratnya 2800kg; Suara frekuensi sangat rendah 65Hz Tingkat sumber maksimum adalah 203dB dan beratnya 1900Kg. Kerugian utamanya adalah dibatasi oleh karakteristik struktural cakram lengkung, dan kedalaman kerja sulit mencapai 1000 meter.

 

2.2 Transduser Janus-Helmholtz

Transduser Janus-Helmholtz juga dapat dikaitkan dengan jenis transduser Helmholtz. Bentuk tipikalnya adalah vibrator memanjang berujung ganda merangsang cangkang silinder kaku di kedua ujungnya, menggunakan frekuensi rongga cairan dan frekuensi getaran radial untuk membentuk puncak resonansi ganda. Bagian utamanya adalah transduser getaran memanjang yang dapat memancar di kedua sisinya (disebut transduser Janus). Sepasang rongga cangkang silinder ditempatkan di bagian luar kepala radiasi transduser Janus, dan ruang yang tertutup oleh rongga dan transduser Janus. Rongga resonansi Helmholtz terbentuk, yang bekerja di bawah eksitasi getaran longitudinal transduser Janus. Strukturnya dapat bekerja di perairan yang lebih dalam tanpa menggunakan perangkat kompensasi tekanan. , Memanfaatkan kopling mode resonansi rongga cairan dan mode getaran memanjang, ia memiliki karakteristik frekuensi rendah, broadband, daya tinggi, dan pada saat yang sama memiliki ukuran yang relatif kecil, yang cocok untuk digunakan sebagai sumber suara frekuensi rendah laut dalam. IXBLUE telah mengembangkan berbagai transduser Janus-Helmholtz kedalaman penuh JH250-6000, JH650-6000, dll. Pita frekuensi kerja transduser JH250-6000 adalah 200Hz-1050Hz, ukuran keseluruhannya adalah Φ 72*112cm, beratnya 450kg, dan sumber suara Levelnya lebih besar dari 196dB; pita frekuensi kerja transduser JH650-6000 adalah 580Hz-2020Hz, dimensi eksternal Φ 45*61cm, dan berat 90kg. Tingkat sumber suara lebih besar dari 196dB; kekurangannya adalah fluktuasi band yang besar.

 

Banyak unit dalam negeri juga telah melakukan penelitian terkait transduser Janus-Helmholtz. Transduser jenis ini memiliki ukuran dan berat yang relatif kecil untuk memperoleh efek kerja frekuensi rendah, dan secara teoritis kinerja transduser tidak berubah seiring kedalaman, dan memiliki prospek penerapan yang baik. Masalah utamanya adalah mode resonansi rongga cairan memiliki nilai Q yang tinggi, yang menyebabkan konduktansi dan kurva respons yang tajam di dekat puncak resonansi rongga cairan, yang tidak kondusif untuk desain jaringan yang cocok dan memiliki dampak tertentu pada operasi broadband. Institut Akustik Terapan Hangzhou telah melakukan penelitian tentang masalah transduser JH, dan secara efektif memperbaiki masalah kopling dua mode resonansi transduser Janus-Helmholtz tradisional, dan meningkatkan bandwidth dan pita frekuensi kerja transduser. Kerataan respons tegangan pancar. Prototipe transduser yang dihasilkan memiliki rentang frekuensi kerja 400~700Hz, puncak rongga cairan 480Hz, bandwidth respons tegangan transmisi (6dB) lebih besar dari 200Hz, dan tingkat sumber suara maksimum 205dB. Rentang frekuensi kerja prototipe frekuensi yang relatif tinggi adalah 700~1400Hz, puncak rongga cairan adalah 760Hz, bandwidth respons tegangan transmisi (6dB) lebih besar dari 500Hz, dan tingkat sumber suara maksimum adalah 200dB.

 

2.3 Transduser Janus-Hammer Bell

 

Pada tahun 2013, transduser perairan dalam, yang sangat berbeda dengan transduser JH tradisional, diperkenalkan. Ini secara khusus mencakup transduser getaran longitudinal yang memancar dua arah dan cangkang silinder kaku, yang dipasang pada silinder kaku. Pada massa sedang. Mekanismenya terletak pada kopling mode getaran memanjang berujung ganda dan mode toroidal (dua cincin aluminium). Getaran memanjang mendorong cairan di dalam rongga bergetar, menyebabkan cangkang silinder yang kaku beresonansi. Mode longitudinal digabungkan dengan mode radial cangkang. Untuk mencapai radiasi broadband, level in-band pada dasarnya bersifat non-arah. Gunakan transduser ini untuk melakukan eksperimen perambatan suara jarak jauh. Transduser JHB ditempatkan pada sumbu saluran (sekitar 1000m), dan susunan penerima vertikal 20 yuan digunakan untuk berhasil menerima sinyal 1000km.

2.4 Transduser cincin luapan

 

Transduser cincin luapan adalah jenis transduser perairan dalam yang umum pada pita frekuensi menengah dan rendah. Permukaan dalam dan luar cincin keramik ditutup dengan bahan kedap air (poliuretan atau karet vulkanisir). Tekanan hidrostatik pada struktur bersifat seimbang, dan secara teoritis kedalaman kerja tidak dibatasi oleh kedalaman air. Pada saat yang sama, desain yang wajar dari ukuran rongga cair dari transduser toroidal dapat merangsang puncak resonansi rongga cairan frekuensi rendah dan digabungkan dengan resonansi radial toroid itu sendiri untuk mencapai efek kerja broadband multi-mode. Umumnya bekerja pada rentang frekuensi 1kHz~10kHz. Untuk pita frekuensi di bawah 1kHz, perlu dibuat cincin mosaik berukuran besar, yang memerlukan teknologi perakitan tinggi. Transduser cincin luapan yang dilaporkan di luar negeri memiliki pita frekuensi kerja 250Hz-1kHz dan sumber suara. Levelnya 197dB, diameternya 1m, tingginya 1,6m, dan beratnya sekitar 800kg.

lan 'standar laten tomografi akustik laut dalam', dan telah mencapai hasil awal, namun masih ada ruang untuk perbaikan lebih lanjut. Rentang frekuensi kerja perangkat adalah 400Hz~550Hz, respons tegangan transmisi maksimum adalah 132dB, dan tingkat sumber suara maksimum adalah 182dB. Berdasarkan dua set target kapal selam tomografi akustik laut dalam dari transduser ini, frekuensi rendah (500Hz), perairan dalam (kedalaman sumbu saluran 1000m), emisi sinyal akustik jangka panjang (waktu bertugas 3 bulan), dan penerimaan sinyal akustik pada profil vertikal pada kedalaman 300m~1500m. Dalam paten model utilitas untuk transduser tegangan fleksibel luapan yang diterapkan, plastik busa kaku digunakan sebagai bahan tahan tekanan, frekuensi resonansi 2,4kHz, dan respons tegangan transmisi 126dB. Universitas Teknik Harbin mengusulkan dalam paten 'Transduser akustik bawah air fleksibel laut dalam fase terbalik'. Dengan memasang tabung terbalik setengah panjang gelombang di kedua ujung transduser fleksibel tipe IV, radiasi internal transduser fleksibel tipe luapan dipancarkan. Fase tekanan suara dibalik 180 derajat, yang menyesuaikan fase tekanan suara di dalam cangkang pemancar lentur, sehingga tekanan suara yang dipancarkan dari sisi dalam pada nosel tabung terbalik berada dalam fase yang sama dengan tekanan suara yang dipancarkan dari luar cangkang bergetar, mengatasi masalah tradisional efisiensi radiasi rendah dari transduser fleksibel tipe luapan. Melalui desain ini, transduser memiliki tiga permukaan radiasi dalam fase, yaitu permukaan radiasi piston bidang elips di kedua ujungnya dan permukaan radiasi cangkang transduser fleksibel, membentuk mode matriks dalam fase terner, yang memungkinkan transduksi fleksibel. Perangkat ini membentuk directivity angka delapan, yang membuatnya memiliki karakteristik emisi terarah.

2.6 Transduser frekuensi rendah dengan kompensasi gas

 

Perusahaan Alliant Techsystems AS mengembangkan transduser akustik bawah air berfrekuensi sangat rendah dan berdaya tinggi HX-554 untuk Acoustic Thermometry of Ocean Climate (ATOC) 1993-1994. Transduser terdiri dari 10 tumpukan kristal piezoelektrik dengan panjang 1085 mm, lebar 119 mm, dan tebal 53 mm (setiap tumpukan kristal terbuat dari 92 pelat persegi keramik piezoelektrik yang diikat menjadi satu, dan bagian bahan pasif ditambahkan di tengah tumpukan kristal) ke dalam ember. Berbentuk struktur, dengan tas tiup di dalamnya untuk menyeimbangkan tekanan hidrostatik, dan kedalaman kerja bisa mencapai 1000 meter. Transduser menggunakan getaran pembengkokan tumpukan piezoelektrik untuk memancarkan gelombang suara horizontal non-arah. Frekuensi resonansi adalah 75Hz, bandwidth kerja adalah 57-92Hz, dan tingkat sumber suara maksimum adalah 197dB (kekuatan suara 420W, pulsa CW); ukuran keseluruhan transduser adalah panjang 2,06. m, diameter 0,94m, 2300kg di udara, 770kg di air, ditambah struktur pendukung dan sistem inflasi, berat totalnya adalah 5500kg.

 

2.7 Sumber bunyi hidrodinamik

Sumber suara bertenaga fluida menggunakan penggerak hidrolik untuk menghasilkan getaran, dan memiliki karakteristik emisi frekuensi sangat rendah, frekuensi kerja lebar, langkah kerja panjang, dan daya dorong besar. Sumber suara hidrolik HLF-1 yang dikembangkan oleh Hydroacoustics memiliki rentang frekuensi kerja 20Hz-2kHz, tingkat sumber suara dapat mencapai 196dB pada resonansi 260Hz, dan ukuran maksimumnya adalah 1m. Sumber suara hidrolik HLF-4 yang dikembangkan memiliki sumber suara tunggal dengan tingkat sumber suara 206dB pada frekuensi resonansi 57Hz dan bandwidth 14Hz. 5 sumber suara digunakan untuk membentuk matriks, dan tingkat sumber suara telah mencapai 221dB. Terkenal pada tahun 1991 Transduser ini digunakan dalam uji pengukuran suhu laut Pulau Heard, dan sinyal akustik memiliki jarak propagasi 18.000 km.

 

3 Kesimpulan

Berbagai jenis transduser transmisi frekuensi rendah perairan dalam memiliki perbedaan besar dalam ukuran, berat, dan karakteristik akustik dalam. Tidak mungkin memenuhi kebutuhan berbagai jenis peralatan sonar hanya dengan satu transduser. Misalnya, transduser cincin luapan memiliki kinerja yang baik. Stabilitas perairan dalam, directivity cakupan ruang penuh, efek broadband yang lebih baik, tetapi ukuran dan berat yang sesuai relatif besar; Transduser JH mencapai operasi frekuensi rendah dan broadband dalam volume yang relatif kecil, namun directivity-nya lebih banyak berubah seiring dengan frekuensi. Besar, dan sering kali terdapat 'lembah' yang dalam pada pita frekuensi, yang memiliki dampak tertentu pada efek penggunaan sebenarnya. Sesuai dengan kebutuhan aktual proyek, pertimbangan komprehensif harus diberikan pada persyaratan kesesuaian, tingkat sumber suara, pengarahan, operasi broadband, dll., dan jenis transduser transmisi frekuensi rendah perairan dalam yang sesuai harus dipilih.