Panoramica dello sviluppo di trasduttori acustici subacquei che trasmettono a bassa frequenza in acque profonde

Con lo sviluppo della ricerca oceanica, esiste un'ampia gamma di richieste di trasduttori che possano funzionare in acque profonde. I trasduttori per acque profonde sono per lo più montati su vari tipi di piattaforme subacquee autonome

la piattaforma può ospitare volume e peso limitati nonché capacità di alimentazione, è necessario un trasduttore a bassa frequenza per soddisfare le caratteristiche di dimensioni ridotte, peso ridotto, alta efficienza ed elevata resistenza alla pressione idrostatica.

Questo articolo presenta i progressi della ricerca sui trasduttori per acque profonde a bassa frequenza in patria e all'estero, compresi i tipi comuni di trasduttori, le loro caratteristiche e i problemi di sviluppo, come riferimento per i ricercatori in

campi correlati.196dB e il peso è di 2800 kg; Suono a frequenza molto bassa a 65 Hz. Il livello massimo della sorgente è di 203 dB e il peso è di 1900 kg. Il suo principale svantaggio è che è limitato dalle caratteristiche strutturali del disco curvo e la profondità di lavoro difficilmente raggiunge i 1000 metri.

 

2.2 Trasduttore Janus-Helmholtz

Il trasduttore Janus-Helmholtz può anche essere attribuito al tipo di trasduttore Helmholtz. La sua forma tipica è che un vibratore longitudinale a doppia estremità eccita gusci cilindrici rigidi su entrambe le estremità, utilizzando la frequenza della cavità del liquido e la frequenza di vibrazione radiale per formare un doppio picco di risonanza. La parte principale è un trasduttore di vibrazione longitudinale che può irradiarsi su entrambi i lati (chiamato trasduttore Janus). Una coppia di cavità cilindriche del guscio sono posizionate all'esterno della testa di radiazione del trasduttore Janus e lo spazio racchiuso dalla cavità e dal trasduttore Janus si forma la cavità risonante di Helmholtz, che funziona sotto l'eccitazione della vibrazione longitudinale del trasduttore Janus. La sua struttura può funzionare in acque più profonde senza l'uso di dispositivi di compensazione della pressione. , Utilizzando l'accoppiamento della modalità di risonanza della cavità liquida e della modalità di vibrazione longitudinale, ha caratteristiche di bassa frequenza, banda larga, alta potenza e allo stesso tempo ha dimensioni relativamente piccole, adatte per l'uso come sorgente sonora a bassa frequenza di acque profonde. IXBLUE ha sviluppato una varietà di trasduttori Janus-Helmholtz a profondità completa JH250-6000, JH650-6000, ecc. La banda di frequenza di lavoro del trasduttore JH250-6000 è 200Hz-1050Hz, la dimensione complessiva è Φ 72*112 cm, il peso è 450 kg e la sorgente sonora Il livello è maggiore di 196dB; la banda di frequenza di lavoro del trasduttore JH650-6000 è 580Hz-2020Hz, la dimensione esterna è Φ 45*61 cm e il peso è 90 kg. Il livello della sorgente sonora è superiore a 196 dB; i suoi difetti sono le ampie fluttuazioni nella banda.

 

Molte unità domestiche hanno anche effettuato ricerche correlate sui trasduttori Janus-Helmholtz. Questo tipo di trasduttore ha dimensioni e peso relativamente piccoli per ottenere un effetto di lavoro a bassa frequenza e, teoricamente, le prestazioni del trasduttore non cambiano con la profondità e hanno buone prospettive di applicazione. Il problema principale è che la modalità di risonanza della cavità liquida ha un valore Q elevato, che porta a curve di conduttanza e di risposta brusche vicino al picco di risonanza della cavità liquida, il che non è favorevole alla progettazione della rete di adattamento e ha un certo impatto sul funzionamento della banda larga. L'Istituto di Acustica Applicata di Hangzhou ha condotto ricerche sui problemi dei trasduttori JH e ha migliorato efficacemente i problemi di accoppiamento delle due modalità di risonanza dei tradizionali trasduttori Janus-Helmholtz e ha migliorato la larghezza di banda e la banda di frequenza di lavoro del trasduttore. La planarità della risposta della tensione di trasmissione. Il prototipo di trasduttore prodotto ha una gamma di frequenza di lavoro di 400~700 Hz, un picco della cavità liquida di 480 Hz, una larghezza di banda di risposta alla tensione di trasmissione (6 dB) maggiore di 200 Hz e un livello massimo della sorgente sonora di 205 dB. La gamma di frequenza di lavoro del prototipo a frequenza relativamente alta è 700~1400 Hz, il picco della cavità liquida è 760 Hz, la larghezza di banda della risposta della tensione di trasmissione (6 dB) è maggiore di 500 Hz e il livello massimo della sorgente sonora è 200 dB.

 

2.3 Trasduttore Janus-Hammer Bell

 

Nel 2013, trasduttore per acque profonde, che è molto diverso dal tradizionale trasduttore JH. Comprende specificamente un trasduttore di vibrazione longitudinale radiante bidirezionale e un guscio cilindrico rigido, montato su un cilindro rigido. Sulla massa media. Il meccanismo risiede nell'accoppiamento della modalità di vibrazione longitudinale a doppia estremità e della modalità toroidale (due anelli di alluminio). La vibrazione longitudinale fa vibrare il liquido nella cavità, facendo risuonare il guscio cilindrico rigido. La modalità longitudinale è accoppiata alla modalità radiale del guscio. Per ottenere la radiazione a banda larga, il livello in banda è fondamentalmente non direzionale. Utilizzare questo trasduttore per eseguire l'esperimento sulla propagazione del suono a lunga distanza. Il trasduttore JHB è posizionato sull'asse del canale (circa 1000 m) e l'array di ricezione verticale da 20 yuan viene utilizzato per ricevere con successo il segnale di 1000 km.

2.4 Trasduttore ad anello di troppopieno

 

Il trasduttore ad anello di troppopieno è un tipo comune di trasduttori per acque profonde nelle bande di frequenza media e bassa. Le superfici interna ed esterna dell'anello ceramico sono sigillate con materiali a tenuta stagna (poliuretano o gomma vulcanizzata). La pressione idrostatica sulla struttura è autobilanciata e teoricamente la profondità di lavoro non è limitata dalla profondità dell'acqua. Allo stesso tempo, una progettazione ragionevole della dimensione della cavità del liquido del trasduttore toroidale può eccitare il picco di risonanza della cavità del liquido a bassa frequenza e combinarsi con la risonanza radiale del toroide stesso per ottenere effetti di lavoro a banda larga multimodali. Funziona generalmente nell'intervallo di frequenza compreso tra 1kHz e 10kHz. Per le bande di frequenza inferiori a 1kHz è necessario realizzare anelli di mosaico di grandi dimensioni che richiedono un'elevata tecnologia di assemblaggio. Il trasduttore ad anello di troppo pieno segnalato all'estero ha una banda di frequenza di lavoro di 250Hz-1kHz e una sorgente sonora. Il livello è di 197 dB, il diametro è di 1 m, l'altezza è di 1,6 m e il peso è di circa 800 kg.

lan 'standard latente per la tomografia acustica di acque profonde', e ha ottenuto risultati preliminari, ma c'è ancora spazio per ulteriori miglioramenti. La gamma di frequenza di funzionamento del dispositivo è 400 Hz ~ 550 Hz, la risposta massima della tensione di trasmissione è 132 dB e il livello massimo della sorgente sonora è 182 dB. Basato sui due set di obiettivi sottomarini tomografici acustici di acque profonde di questo trasduttore, emissione di segnale acustico a bassa frequenza (500 Hz), acque profonde (profondità dell'asse del canale di 1.000 m), emissione di segnale acustico a lungo termine (3 mesi di servizio) e ricezione del segnale acustico sul profilo verticale a una profondità di 300 m~1.500 m. Nel brevetto del modello di utilità per il trasduttore di tensione flessibile di troppo pieno applicato, come materiale resistente alla pressione viene utilizzata plastica espansa rigida, la frequenza di risonanza è di 2,4 kHz e la risposta della tensione di trasmissione è di 126 dB. L'Università di Ingegneria di Harbin ha proposto nel brevetto 'Un trasduttore acustico subacqueo flessionale per acque profonde con fase invertita'. Installando tubi invertiti a mezza lunghezza d'onda su entrambe le estremità del trasduttore flessionale di tipo IV, viene irradiata la radiazione interna del trasduttore flessionale di tipo overflow. La fase della pressione sonora è invertita di 180 gradi, il che regola la fase della pressione sonora all'interno del guscio radiante a flessione, in modo che la pressione sonora irradiata dal lato interno all'ugello del tubo invertito sia nella stessa fase della pressione sonora irradiata dall'esterno del guscio vibrante, superando il tradizionale problema della bassa efficienza di radiazione del trasduttore flessotensivo di tipo overflow. Attraverso questo design, il trasduttore ha tre superfici radianti in fase, vale a dire la superficie radiante del pistone piano ellittico su entrambe le estremità e la superficie radiante del guscio del trasduttore flessionale, formando una modalità matrice in fase ternaria, che consente la trasduzione flessionale. Il dispositivo forma una direttività a forma di otto, che gli conferisce le caratteristiche di emissione direzionale.

2.6 Trasduttore a bassa frequenza compensato in gas

 

La società statunitense Alliant Techsystems ha sviluppato il trasduttore acustico subacqueo ad alta potenza e frequenza ultrabassa HX-554 per la termometria acustica del clima oceanico (ATOC) del 1993-1994. Il trasduttore è costituito da 10 pile di cristalli piezoelettrici con lunghezza 1.085 mm, larghezza 119 mm e spessore 53 mm (ciascuna pila di cristalli è composta da 92 piastre quadrate in ceramica piezoelettriche legate insieme e una sezione di materiale passivo viene aggiunta al centro della pila di cristalli) in un secchio. Struttura sagomata, con all'interno un sacco gonfiabile per bilanciare la pressione idrostatica, e la profondità di lavoro può raggiungere i 1000 metri. Il trasduttore utilizza la vibrazione piezoelettrica di flessione dello stack per emettere onde sonore orizzontali non direzionali. La frequenza di risonanza è 75 Hz, la larghezza di banda operativa è 57-92 Hz e il livello massimo della sorgente sonora è 197 dB (potenza sonora 420 W, impulso CW); la dimensione complessiva del trasduttore è di 2,06 di lunghezza. m, 0,94 m di diametro, 2300 kg in aria, 770 kg in acqua, più struttura portante e sistema di gonfiaggio, il peso totale è di 5500 kg.

 

2.7 Sorgente sonora idrodinamica

La sorgente sonora alimentata a fluido utilizza la trasmissione idraulica per generare vibrazioni e presenta le caratteristiche di emissione a frequenza ultrabassa, ampia frequenza di lavoro, corsa di lavoro lunga e grande spinta. La sorgente sonora idraulica HLF-1 sviluppata da Hydroacoustics ha una gamma di frequenza di lavoro di 20 Hz-2 kHz, il livello della sorgente sonora può raggiungere 196 dB con una risonanza di 260 Hz e la sua dimensione massima è 1 m. La sorgente sonora idraulica HLF-4 sviluppata ha un'unica sorgente sonora con un livello di sorgente sonora di 206 dB con una frequenza di risonanza di 57 Hz e una larghezza di banda di 14 Hz. Vengono utilizzate 5 sorgenti sonore per formare una matrice e il livello della sorgente sonora ha raggiunto 221 dB. È famoso nel 1991. Questo trasduttore è stato utilizzato nel test di misurazione della temperatura dell'oceano di Heard Island e il segnale acustico ha una distanza di propagazione di 18.000 km.

 

3 Conclusione

Diversi tipi di trasduttori trasmittenti a bassa frequenza per acque profonde presentano grandi differenze in termini di dimensioni, peso e caratteristiche acustiche profonde. È impossibile soddisfare le esigenze di vari tipi di apparecchiature sonar con un solo trasduttore. Ad esempio, il trasduttore ad anello di troppo pieno ha buone prestazioni. Stabilità in acque profonde, direttività della copertura dell'intero spazio, migliore effetto della banda larga, ma le dimensioni e il peso corrispondenti sono relativamente grandi; Il trasduttore JH raggiunge il funzionamento a bassa frequenza e a banda larga in un volume relativamente piccolo, ma la sua direttività cambia maggiormente con la frequenza. Grandi e spesso ci sono profonde 'valli' nella banda di frequenza, che hanno un certo impatto sull'effettivo effetto dell'uso. In base alle effettive esigenze del progetto, è necessario considerare in modo approfondito i requisiti di idoneità, livello della sorgente sonora, direttività, funzionamento a banda larga, ecc. e selezionare il tipo appropriato di trasduttore di trasmissione a bassa frequenza per acque profonde.