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深海探触子研究の進捗状況
深海宇宙は、現在の海洋軍事競争の新たな頂点である。私の国の海洋戦略目標の 1 つは、ディープ ブルーを目指して進むことです。深海音響機器の開発は、深海トランスデューサ研究における継続的な進歩を促進します。この記事のセクション 1.1 で紹介した低周波トランスデューサのうち、湾曲ディスクトランスデューサとオーバーフローキャビティ構造を備えたチューブビーム結合リングトランスデューサも深水トランスデューサの設計例です。ここでは繰り返しませんが、代表的なものをいくつか紹介します。深海探触子に関する新たな研究結果。
図 7a は 2 つの主要なヘルムホルツを示しています 水中音響トランスデューサ構造。 端部励振と中間励振を使用した弾性壁条件下での液体キャビティの共振周波数の理論的研究が行われます。図 7b は、励振源としてオーバーフロー チューブ トランスデューサを使用して設計されたマルチキャビティ低周波広帯域トランスデューサを示しています。図7cで設計された低周波および高出力のヤヌス・ヘルムホルツ変換器。また、ヤヌス・ヘルムホルツ変換器のキャビティシリンダーをピストン放射の前方に延長することによって、新しい液体キャビティがヤヌスラジエーターの口に形成されます。マルチキャビティ ヤヌス ヘルムホルツ トランスデューサ (図 7d) により、トランスデューサはより広い動作周波数帯域を持つことができます。図 7e は、水中音響通信用に設計されたオーバーフロー リング深水トランスデューサを示しています。この設計は、液体キャビティ共鳴と円形リングの半径方向振動の結合効果を利用して、広帯域の動作特性を実現します。図 7f は、オーバーフロー リング深海広帯域トランスデューサの設計された半空間指向性を示しています。金属ベースはトランスデューサーの垂直指向性を改善し、後方放射を抑制するために使用されます。図 7g で設計された深海広帯域縦方向トランスデューサ。トランスデューサは、縦振動とフロントカバーの曲げ振動の結合を利用して広帯域動作を実現します。トランスデューサはチタン合金の耐圧ハウジングに封入されており、ハウジングとトランスデューサにはシリコーンオイルが充填されています。 、圧力バランス装置を介して深水作業を実現します。
図 7 深海探触子
1.4 ベクトル水中聴音器の研究の進捗状況
音場のベクトル情報とその重要性に対する人々の深い関心により、 ベクトル水中聴音器の 研究、ベクトル水中聴音器技術は発展を続けており、近年、国際的な研究のホットスポットの 1 つとなっています。 21世紀に入り、我が国のベクトル水中聴音器応用研究は最も活発です。 2014年末の統計結果によると、国際ベクトル水中聴音器とその応用分野における学術的成果のほぼ半分は我が国からのものでした。ここでは、ベクトル水中聴音器の最近の研究の進歩について簡単に紹介します。
ベクトル水中聴音器の典型的な構造は共モードです。同モードベクトルハイドロフォンは、慣性感知要素（振動加速度計、速度計など）を球形または円筒形のシェルにカプセル化することによって作られます。その動作原理は、音場の作用下で振動運動を行う硬い球または円柱の特性に基づいており、一般に浮力がゼロになるように設計されています (図 8a)。この分野の理論と技術は比較的成熟しています。現在では、ハイドロフォンの体積を減らし、感度を高め、自己雑音を減らすために、新しいタイプの圧電単結晶材料 PMNT および PZNT が使用されています。ベクトル水中聴音器は、主に海岸ベースのアレイ、曳航式アレイ、サイド アレイで使用されます。低周波ベクトル水中聴音器は、海洋環境騒音測定、水中/ブイ、その他のシステムでも使用されます。
図 8 ベクトル水中聴音器
図 8b は、固定して設置できる共振動柱ベクトル水中聴音器です。その基本原則は変わっていません。構造的にはサスペンションフレームをマウンティングロッドに、サスペンションスプリングをラバースプリングに変更しています。この構造の適用シナリオは、プラットフォーム キャリアへの固定設置に拡張できます。
微小電気機械処理技術 (MEMS) の発展により、MEMS 技術はベクトル水中聴音器の設計と開発に適用されています。 MEMS テクノロジーは、高感度ユニット、制御回路、低ノイズ整合回路、サンプリング前処理モジュールなどのマイクロ電子部品を統合できます。 1つは、音響信号が電気信号に変換されることです。典型的な作業モードは、微小加速度センサーを感知素子として使用し（図8c）、単結晶シリコンのピエゾ抵抗効果の原理を使用して高感度チップを設計し、3次元共振動円筒複合MEMSベクトル水中聴音器を開発することです。別の動作モードはバイオニクスの原理に基づいており、水の動きを感知する魚の側方機械感知細胞の原理を模倣し、MEMSピエゾ抵抗ベクトルハイドロフォンを設計しました（図8d）。
光ファイバーハイドロフォンは、水中音響分野における光ファイバーセンシング技術の応用例の 1 つです。高感度、低ノイズ、広いダイナミックレンジ、耐干渉性といった技術的特性を示しています。近年ではベクトル水中聴音器にも広く使用されています。研究者たちは、光ファイバーベクトル水中聴音器を設計、開発しました。図 8e は、3 次元の円筒形光ファイバー ベクトル水中聴音器です。ブラッググレーティングに基づいて,加速度感知ユニットと音圧感知ユニットを設計し,音圧振動速度ベクトルハイドロフォンを開発した。図 8f は 3D 球面ファイバー ベクトル水中聴音器です。完全な偏波保持ファイバー干渉システムに基づいて,コンパクトな構造を有し,音の中心が一点に一致する3D直交マンドレル干渉ファイバーベクトル水中聴音器を開発した。
低周波トランスデューサ、高周波広帯域トランスデューサ、 深海探触子、およびベクトル水中聴音器。収集されたデータは網羅的ではありませんが、非常に典型的かつ代表的なものです。それは基本的に、我が国の水中音響トランスデューサー開発の最前線の概要を描いています。世界のさまざまな時期のトランスデューサに関する象徴的な革新的な取り組みと比較すると、我が国の革新的な設計作業のかなりの部分は、国際的な最先端技術レベルよりも数年、場合によっては10年以上遅れています。
私の国の水圧音響トランスデューサ開発の最大の推進力は、水圧音響技術の分野におけるアプリケーション要件から来ています。我が国の経済力や科学技術力が相対的に弱い時代には、この開発方法が最も効果的ですが、長い時間が経つと明らかな歴史的痕跡が残り、その結果、非体系的な規律、不完全な製品シリーズ、および理論的基盤が生じます。信頼性が低く不完全な専門技術、持続不可能な専門的サポート、不安定な人材チームの状況。
深海トランスデューサ技術に関しては、一部の主要海洋国は 20 世紀にすでに多くの成熟した技術と一連の製品を持っています。一部の民生用深海音響機器も私の国に輸出できます。しかし、我が国における深海ソナー技術に対する需要は、20世紀の終わりまでまだ強くありませんでした。当時、深海探査機技術はほぼ空白の状態でした。近年、国は投資を増加し、基礎理論と基本的なコアデバイスの研究に注目を集めています。水中音響変換器の分野では新たな成果が生まれ、年々技術力が向上し、技術の進歩は目覚ましいものがあります。前回の記事に挙げた研究成果の一部は国際フロンティアレベルと同期しているが、特に歴史的に短く弱いトランスデューサ技術の方向性や新たな技術成果においては、全体的な同期と総合的な並行開発の勢いは形成には程遠い。それはまれにしか発生せず、製品のパフォーマンスはまだ非常に弱いです。
