Tipi e design di trasduttori acustici subacquei(1)

Le onde sonore sono gli unici vettori che gli esseri umani hanno imparato a trasmettere informazioni ed energia su lunghe distanze nel vasto mare. le persone usano le onde elettromagnetiche per sviluppare radar. Allo stesso modo, le persone usano le onde sonore come portatori di informazioni per svilupparsi trasduttore acustico subacqueo . Apparecchiature elettroniche per posizionamento, identificazione e comunicazione sonar. Di fronte al vasto oceano, le spalle del Sonar sono una missione importante: raggiungere tutti gli angoli del vasto mare, identificare le varie cose, raccontare alle persone il vero volto del mondo sottomarino, aiutare le persone a esplorare i misteri dell'oceano. Per diventare navigazione di comunicazione subacquea, sono nei campi dell'acquacoltura, della pesca, dello sviluppo delle risorse marine, dell'esplorazione geologica e geomorfologica marina, delle armi militari, ecc. Il motivo per cui le onde sonore diventano il miglior vettore di informazioni subacquee è che le onde sonore nel mezzo acquatico hanno il coefficiente di attenuazione più piccolo rispetto ad altri campi fisici come le onde elettromagnetiche e si può ottenere una propagazione a lunga distanza. Questo vantaggio rende il sonar che osserva l'ambiente subacqueo fin dall'uso iniziale delle onde ultrasoniche. L'obiettivo inizia e continua a svilupparsi. Attualmente, la gamma di frequenze di lavoro del sonar è stata estesa a un'ampia gamma. Il sonar attivo va da decine di hertz a diverse decine di megahertz. La bassa frequenza del sonar passivo è stata estesa alla gamma degli infrasuoni. In una banda di frequenza così ampia, secondo le normative. La forma del segnale eccita un importante dispositivo che genera onde sonore e rileva e riceve le onde sonore nell'acqua senza distorsioni. Questo è chiamato trasduttore sonar o array sonar. Questi dispositivi sono l'apparecchiatura front-end del sistema sonar. Sono anche la 'finestra' attraverso la quale il sistema sonar può interagire e scambiare informazioni con il mezzo idrico. Costituiscono il sistema sonar, quindi il trasduttore sonar o l'array sonar viene vividamente definito come gli 'occhi e le orecchie' del sistema sonar. Con la continua espansione del campo di applicazione della tecnologia sonar, il miglioramento del confronto militare e le esigenze operative hanno fatto emergere nuovi principi, nuove tecnologie e nuove apparecchiature sonar in un flusso infinito. Lo sviluppo di una nuova tecnologia sonar ha guidato il rapido sviluppo di tecnologia dei trasduttori ultrasonici subacquei . Le stesse scoperte tecnologiche nel campo dei trasduttori e lo sviluppo di nuovi materiali, nuovi meccanismi e nuovi trasduttori strutturali hanno dato anche al sistema sonar un nuovo aspetto. Ecco una breve panoramica dello sviluppo della tecnologia dei trasduttori, che include il nuovo trasduttore idroacustico in materiale, la nuova struttura e il nuovo meccanismo del trasduttore idroacustico, il nuovo idrofono, la tecnologia dei trasduttori a banda larga, ecc.

 Nuovo materiale trasduttore acustico subacqueo :

IL I trasduttori piezoelettrici ADCP sono un dispositivo che implementa la conversione dell'energia in un sistema sonar. Esiste un materiale speciale con la capacità di convertire l'energia. Questo materiale è chiamato materiale funzionale. I materiali funzionali utilizzati per realizzare il trasduttore includono principalmente materiali piezoelettrici (come cristalli piezoelettrici, ceramiche piezoelettriche, polimeri piezoelettrici, ecc.) e materiali magnetostrittivi (come nichel, cobalto, lega di nichel-ferro, ferrite, ferroleghe di terre rare ecc.), utilizzano l'effetto piezoelettrico e l'effetto magnetostrittivo per realizzare la conversione reciproca tra energia del campo elettrico, energia del campo magnetico ed energia meccanica. La svolta nella tecnologia dei trasduttori è determinata fondamentalmente dalle scoperte tecnologiche nei materiali funzionali. Negli ultimi anni, i risultati tecnici in vari campi dei materiali funzionali hanno portato anche allo sviluppo della tecnologia dei trasduttori. Nel 1963, la dottoressa Clark scoprì che i materiali delle terre rare della serie dei lantanidi hanno proprietà magnetostrittive sorprendenti, ma non sono stati utilizzati nella pratica perché il punto di curie è inferiore alla temperatura ambiente. si è scoperto che gli elementi delle terre rare e il ferro composto da leghe binarie, ternarie o quaternarie hanno anche proprietà supermagnetostrittive a temperatura ambiente. La lega terrestre più rappresentativa è il Terfenolo (componenti Tb, Dy, Fe).

È diventato un nuovo materiale funzionale che ha ricevuto molta attenzione a partire dagli anni '80. ferroelettrico monocristallo bismuto silicato di magnesio magnato-titanato di piombo (PMN-PT) e piombo bismuto citrato-titanato di piombo (PZN-PT), è un nuovo tipo di materiale composito di cristallo di perovskite, che è anche un improvviso aumento. Una nuova classe di materiali funzionali con applicazioni promettenti. Prima di questo, il nichel era comunemente utilizzato nei materiali dei trasduttori del cercatore di profondità. Nel 1917, lo scienziato francese Lang Zhiwan utilizzò il cristallo di quarzo per realizzare un trasduttore sonar, creando un precedente per l'applicazione di materiali piezoelettrici sul sonar negli anni '40, BaTiO con forti proprietà piezoelettriche. Le ceramiche piezoelettriche furono sviluppate con successo e ampiamente utilizzate nei sistemi sonar durante la seconda guerra mondiale; Le ceramiche piezoelettriche PZT sviluppate negli anni '50 compensavano le ceramiche Ba-TiO con il loro ampio intervallo di temperature operative e l'eccellente efficienza di conversione elettromeccanica. I difetti del materiale in lega di terre rare, che un tempo era il materiale preferito per i trasduttori idroacustici, sono maggiori a basse temperature che a temperatura ambiente, come Tb e Dy0 a 77 K. La deformazione magnetostrittiva del materiale ha un valore massimo dello 0,65%, mentre il Tefenol-D ha una deformazione magnetostrittiva dello 0,25% a temperatura ambiente.

Informazioni sul trasduttore idroacustico ad ultrasuoni, il materiale dell'asta in lega di terre rare viene posizionato nella camera d'aria fredda e viene fatto circolare e raffreddato dalla torre di raffreddamento del frigorifero. La camera a gas freddo è dotata di un campo magnetico di polarizzazione CC e di un campo magnetico di eccitazione tramite la bobina del materiale superconduttore, e l'asta magnetostrittiva viene eccitata per generare la vibrazione di allungamento e passa attraverso la macchina. La transizione viene trasmessa alla superficie radiante del pistone e la superficie radiante del pistone spinge il mezzo acquoso per generare la radiazione dell'onda di pressione. La camera a vuoto è ricavata nella struttura, lo scopo è quello di isolare la conduzione del calore. La parete esterna della camera a vuoto è una copertura sagomata resistente alla pressione, che può sopportare una pressione di 10 atmosfere. I principali parametri tecnici sono i seguenti: frequenza di risonanza 430 Hz, livello massimo della sorgente sonora 181,4 dB, efficienza è di circa il 25%. Questo tipo di trasduttore è complicato nel suo processo di fabbricazione. Negli ultimi anni, le persone sono ancora disposte a utilizzare materiali Terfenol-D che funzionano a temperatura ambiente, eliminando alcuni ceppi magnetostrittivi e sostituendoli con nuove strutture per ottenere prestazioni di radiazione. 

Quella che segue è una breve introduzione ai progressi della ricerca su diversi materiali magnetostrittivi strutturali per trasduttore acustico subacqueo s. Il trasduttore longitudinale ha una struttura semplice e l'asta magnetostrittiva è combinata con la testa di radiazione anteriore e la massa di coda per formare un sistema di vibrazione unidimensionale. La testa di radiazione anteriore è generalmente un materiale leggero e la massa della coda è generalmente un materiale denso per ottenere una superficie di radiazione e uno spostamento delle vibrazioni maggiore. Vengono introdotti due tipi di trasduttori longitudinali sviluppati con materiali Terfenol-D. Uno è un trasduttore longitudinale generale con una frequenza di risonanza di 1200 Hz, una potenza sonora di 3 kW e un peso del trasduttore di 60 kg. L'altro sono le due estremità dell'asta di terre rare. Sono progettati come trasduttori longitudinali radianti a doppia estremità svasati con una frequenza di risonanza di 400 Hz, una potenza sonora di 1,5 kW e un peso del trasduttore di 100 kg. Il
trasduttore circolare con sensore di profondità a ultrasuoni è costituito da una serie di aste di terre rare che racchiudono un poligono regolare e una serie di superfici circolari sono eccitate dal pezzo di transizione per la vibrazione radiale per ottenere una radiazione acustica ad alta potenza. Che ha sviluppato una serie di trasduttori toroidali ad alta potenza a bassa frequenza per terre rare, con una frequenza di risonanza di 200 Hz (diametro interno 0,56 m, diametro esterno 0,94 m, altezza 0,37 m, livello della sorgente sonora 193 dB, peso) 410 kg) e un trasduttore con una frequenza di risonanza di 30 Hz (diametro 2 m, altezza 1,1 pollici, livello della sorgente sonora 195 dB, peso 5t).