Kemajuan Penelitian dan Peluang Pengembangan Teknologi Transduser Akustik Bawah Air(2

 Kemajuan penelitian transduser air dalam

 

Ruang angkasa dalam adalah puncak baru dalam persaingan militer maritim saat ini. Salah satu tujuan strategis kelautan negara saya adalah menuju laut biru. Perkembangan peralatan akustik laut dalam mendorong terobosan berkelanjutan dalam penelitian transduser laut dalam. Di antara transduser frekuensi rendah yang diperkenalkan di bagian 1.1 artikel ini, transduser cakram melengkung dan transduser cincin kopling tabung-balok dengan struktur rongga luapan juga merupakan contoh desain transduser perairan dalam. Saya tidak akan mengulanginya di sini, tetapi saya akan memperkenalkan beberapa contohnya. Hasil penelitian baru transduser laut dalam.

 

Gambar 7a menunjukkan dua Helmholtz utama struktur transduser akustik bawah air menggunakan eksitasi akhir dan eksitasi menengah. Studi teoritis tentang frekuensi resonansi rongga cairan dalam kondisi dinding elastis telah dilakukan. Gambar 7b menunjukkan transduser broadband frekuensi rendah multi-rongga yang dirancang menggunakan transduser tabung luapan sebagai sumber eksitasi. Transduser Janus-Helmholtz frekuensi rendah dan berdaya tinggi dirancang pada Gambar 7c; juga dengan memanjangkan rongga silinder transduser Janus-Helmholtz ke arah depan radiasi piston, maka terbentuklah rongga cairan baru di mulut radiator Janus. Transduser Janus-Helmholtz multi-rongga (Gambar 7d) memungkinkan transduser memiliki pita frekuensi kerja yang lebih luas. Gambar 7e menunjukkan transduser perairan dalam cincin luapan yang dirancang untuk komunikasi akustik bawah air. Desainnya memanfaatkan efek kopling resonansi rongga cairan dan getaran radial cincin melingkar untuk mencapai karakteristik pengoperasian broadband. Gambar 7f menunjukkan desain direktivitas setengah ruang dari transduser broadband perairan dalam cincin luapan. Basis logam digunakan untuk meningkatkan directivity vertikal transduser dan menekan radiasi belakang. Transduser longitudinal broadband perairan dalam dirancang pada Gambar 7g. Transduser menggunakan gabungan getaran memanjang dan getaran lentur penutup depan untuk mencapai pengoperasian broadband. Transduser dikemas dalam wadah tahan tekanan paduan titanium, dan wadah serta transduser diisi dengan minyak silikon. , Melalui perangkat keseimbangan tekanan untuk mencapai pekerjaan air dalam.

 

Gambar 7 Transduser laut dalam

1.4 Kemajuan penelitian hidrofon vektor

Dengan perhatian mendalam masyarakat terhadap informasi vektor bidang suara dan pentingnya penelitian vektor hidrofon , teknologi vektor hidrofon terus berkembang dan menjadi salah satu hotspot penelitian internasional dalam beberapa tahun terakhir. Pada abad ke-21, penelitian aplikasi vektor hidrofon di negara saya adalah yang paling aktif. Berdasarkan hasil statistik akhir tahun 2014, hampir separuh prestasi akademik di bidang hidrofon vektor internasional dan penerapannya berasal dari negara saya. Berikut adalah pengenalan singkat tentang kemajuan penelitian terbaru tentang hidrofon vektor.

 

Struktur khas hidrofon vektor adalah mode bersama. Hidrofon vektor co-mode dibuat dengan merangkum elemen sensitif inersia (akselerometer getaran, speedometer, dll.) dalam cangkang bola atau silinder. Prinsip kerjanya didasarkan pada karakteristik bola atau silinder kaku yang membuat gerakan berosilasi di bawah pengaruh medan suara, dan umumnya dirancang untuk daya apung nol (Gambar 8a). Teori dan teknologi di bidang ini relatif matang. Saat ini, bahan kristal tunggal piezoelektrik jenis baru PMNT dan PZNT digunakan untuk mengurangi volume hidrofon, meningkatkan sensitivitas, dan mengurangi self-noise. Hidrofon vektor terutama digunakan pada susunan berbasis pantai, susunan derek, dan susunan samping. Hidrofon vektor frekuensi rendah juga digunakan dalam pengukuran kebisingan lingkungan laut, kapal selam/pelampung, dan sistem lainnya.

Gambar 8 Hidrofon vektor

Gambar 8b adalah hidrofon vektor kolom co-vibrating yang dapat dipasang secara tetap. Prinsip dasarnya tidak berubah. Secara struktur, rangka suspensi diganti dengan batang pemasangan, dan pegas suspensi diubah menjadi pegas karet. Skenario penerapan struktur ini dapat diperluas ke instalasi tetap pada pembawa platform.

 

Dengan berkembangnya teknologi pemrosesan mikro-elektromekanis (MEMS), teknologi MEMS telah diterapkan pada desain dan pengembangan hidrofon vektor. Teknologi MEMS dapat mengintegrasikan komponen mikroelektronik seperti unit sensitif, sirkuit kontrol, sirkuit pencocokan kebisingan rendah, dan modul pra-pemrosesan pengambilan sampel. Dalam satu, sinyal akustik diubah menjadi sinyal listrik. Mode kerja yang umum adalah menggunakan sensor akselerasi mikro sebagai elemen sensitif (Gambar 8c), menggunakan prinsip efek piezoresistif silikon kristal tunggal untuk merancang chip sensitif, dan mengembangkan hidrofon vektor MEMS komposit silinder getaran bersama 3 dimensi. Mode kerja lainnya didasarkan pada prinsip bionik, meniru prinsip sel penginderaan mekanis lateral ikan untuk merasakan pergerakan air, dan merancang hidrofon vektor piezoresistif MEMS (Gambar 8d).

 

Hidrofon serat optik merupakan salah satu keberhasilan penerapan teknologi penginderaan serat optik di bidang akustik bawah air. Ini menunjukkan karakteristik teknis sensitivitas tinggi, kebisingan rendah, rentang dinamis besar, dan anti-interferensi. Dalam beberapa tahun terakhir, ini juga telah banyak digunakan pada hidrofon vektor. Para peneliti telah merancang dan mengembangkan hidrofon vektor serat optik. Gambar 8e adalah hidrofon vektor serat optik silinder tiga dimensi. Berdasarkan kisi Bragg, dirancang unit penginderaan percepatan dan unit penginderaan tekanan suara, serta dikembangkan hidrofon vektor kecepatan getaran-tekanan suara. Gambar 8f adalah hidrofon vektor serat bola 3D. Berdasarkan sistem interferensi serat pemeliharaan polarisasi penuh, hidrofon vektor serat interferometri mandrel ortogonal 3D telah dikembangkan, yang memiliki struktur kompak dan pusat suara bertepatan pada satu titik.

 

Kemajuan penelitian transduser frekuensi rendah, transduser broadband frekuensi tinggi, transduser laut dalam , dan hidrofon vektor. Meskipun data yang dikumpulkan tidak menyeluruh, namun cukup tipikal dan representatif. Ini pada dasarnya menggambarkan garis besar pengembangan transduser akustik bawah air di negara saya. Dibandingkan dengan karya inovasi ikonik pada transduser pada periode berbeda di dunia, sebagian besar karya desain inovatif di negara saya memakan waktu beberapa tahun atau bahkan lebih dari sepuluh tahun dibandingkan tingkat teknologi mutakhir internasional.

 

Dorongan terbesar untuk pengembangan transduser hidroakustik di negara saya berasal dari persyaratan penerapan di bidang teknologi hidroakustik. Pada saat kekuatan ekonomi negara saya dan kekuatan ilmu pengetahuan dan teknologi relatif lemah, cara pengembangan ini adalah yang paling efektif, tetapi setelah jangka waktu yang lama, akan ada jejak sejarah yang jelas, sehingga menghasilkan disiplin ilmu yang tidak sistematis, rangkaian produk yang tidak lengkap, dan landasan teori. Situasi teknologi khusus yang tidak dapat diandalkan, tidak sempurna, dukungan profesional yang tidak berkelanjutan, dan tim talenta yang tidak stabil.

 

Dalam hal teknologi transduser perairan dalam, beberapa negara kelautan besar telah memiliki banyak teknologi dan rangkaian produk yang matang di abad ke-20. Beberapa peralatan akustik sipil laut dalam juga dapat diekspor ke negara saya. Namun, permintaan akan teknologi sonar laut dalam di negara saya masih belum kuat hingga akhir abad ke-20. Teknologi transduser laut dalam hampir kosong pada saat itu. Dalam beberapa tahun terakhir, negara ini telah meningkatkan investasinya dan menaruh perhatian pada penelitian teori dasar dan perangkat inti dasar. Prestasi baru di bidang transduser akustik bawah air telah muncul, kemampuan teknis telah ditingkatkan dari tahun ke tahun, dan kemajuan teknologi sangat luar biasa. Beberapa hasil penelitian yang tercantum dalam artikel sebelumnya telah disinkronkan dengan tingkat perbatasan internasional, namun sinkronisasi keseluruhan dan momentum pembangunan paralel yang komprehensif masih jauh dari terbentuk, terutama dalam arah teknologi transduser yang secara historis pendek dan lemah serta pencapaian teknologi baru. Jarang terjadi, dan performa produk masih sangat lemah.