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音波は、人類が広大な海で長距離にわたって情報とエネルギーを伝達することを習得した唯一の伝達手段です。人々はレーダーを開発するために電磁波を使用します。同様に、人々は音波を情報伝達手段として使用して、 水中音響トランスデューサー。測位、識別、通信ソナー用の電子機器。広大な海を前に、ソナーショルダーは広大な海の隅々まで手を伸ばし、さまざまなものを識別し、水中世界の本当の姿を人々に伝え、海の謎を探求するのに役立つ重要な使命を持っています。水中通信航行は、水産養殖、漁業、海洋資源開発、海洋地質・地形探査、軍事兵器などの分野で利用されています。音波が水中情報媒体として最適である理由は、音波が電磁波など他の物理分野に比べて水媒体中での減衰係数が最も小さく、長距離の伝播が得られるためです。この利点を利用して、超音波を利用して水中を観測するソナーが誕生しました。目標は始まり、発展し続けます。現在、ソナーの使用周波数範囲は広範囲に拡張されています。アクティブソナーの周波数は数十ヘルツから数十メガヘルツです。パッシブソナーの低周波は超低周波音域まで拡張されました。規制に従って、このような広い周波数帯域で。この信号形式は、音波を生成し、歪みなく水中の音波を感知して受信する重要なデバイスを励起します。これはソナートランスデューサーまたはソナーアレイと呼ばれます。これらのデバイスはソナー システムのフロントエンド機器です。これらは、ソナー システムが水媒体と相互作用し、情報を交換するための「窓」でもあります。それらはソナー システムであるため、ソナー トランスデューサまたはソナー アレイは、ソナー システムの「目と耳」とはっきりと呼ばれています。ソナー技術の応用分野の継続的な拡大に伴い、軍事対立の改善と作戦上のニーズにより、新しい原理、新技術、新しいソナー装備が無限の流れで登場しています。新しいソナー技術の開発により、ソナーの急速な発展が促進されました。 水中超音波トランスデューサー 技術。トランスデューサーの分野における同様の技術的進歩と、新しい材料、新しいメカニズム、新しい構造のトランスデューサーの開発により、ソナー システムも新しい外観になりました。ここでは、トランスデューサ技術の開発の概要を示します。これには、新素材の水音響トランスデューサ、新構造および新機構の水音響トランスデューサ、新しいハイドロフォン、広帯域トランスデューサ技術などが含まれます。
新素材 水中音響トランスデューサー:
の ADCP 圧電トランスデューサは 、ソナー システムでエネルギー変換を実装するデバイスです。エネルギーを変換する能力を持つ特殊な材料が含まれています。この材料を機能性材料と呼びます。トランスデューサの製造に使用される機能性材料には、主に圧電材料（圧電結晶、圧電セラミックス、圧電ポリマーなど）と磁歪材料（ニッケル、コバルト、ニッケル鉄合金、フェライト、希土類合金鉄など）が含まれ、圧電効果と磁歪効果を利用して、電界エネルギー、磁界エネルギー、機械的エネルギー間の相互変換を実現します。エネルギー。トランスデューサ技術の進歩は基本的に、機能性材料の技術的進歩によって決まります。近年では、機能性材料の様々な分野での技術成果により、トランスデューサ技術も発展しています。 1963年にクラーク博士はランタニド系希土類材料が驚くべき磁歪特性を持っていることを発見しましたが、キュリー点が室温より低いため実用化されていませんでした。二元、三元、または四元合金で構成される希土類元素と鉄も室温で超磁歪特性を有することが判明しました。最も代表的な土合金はテルフェノール (成分 Tb、Dy、Fe) です。
1980年代から注目を集めた新機能素材です。強誘電体単結晶ケイ酸ビスマスマグネシウムマグネートチタン酸鉛（PMN-PT）およびクエン酸ビスマス鉛チタン酸鉛（PZN-PT）は、新しいタイプの複合ペロブスカイト結晶材料であり、これも急上昇しています。用途が期待できる新しい種類の機能性材料。これ以前は、ニッケルが深度計トランスデューサの材料に一般的に使用されていました。 1917 年、フランスの科学者、Lang Zhiwan は水晶を使用してソナー トランスデューサを作成し、1940 年代に強力な圧電特性を持つ BaTiO という圧電材料をソナーに応用する先例となりました。圧電セラミックは開発に成功し、第二次世界大戦中にソナー システムに広く使用されました。 1950 年代に開発された PZT 圧電セラミックスは、Ba-TiO を補うもので、動作温度範囲が広く、電気機械変換効率が優れています。かつては水圧音響変換器に好まれる材料であった希土類合金材料の欠点は、77 K での Tb や Dy0 など、室温よりも低温の方が大きくなります。この材料の磁歪ひずみの最大値は 0.65% ですが、Tefenol-D の磁歪ひずみは室温で 0.25% です。
超音波水音響変換器について、希土類合金棒材を冷気室に設置し、冷凍機の冷却塔で循環冷却します。低温ガス室には超電導材料のコイルにより直流バイアス磁場と励磁磁場が与えられ、磁歪棒が励磁されて伸縮振動を発生し、機械を通過します。この遷移はピストン放射面に伝達され、ピストン放射面が水媒体を押して圧力波放射を生成します。真空チャンバーは構造的に設計されており、その目的は熱伝導を遮断することです。真空チャンバーの外壁は10気圧の圧力に耐えられる形状の耐圧カバーとなっています。主な技術パラメータは次のとおりです: 共振周波数 430Hz、最大音源レベル 181.4dB、効率は約 25%。このタイプのトランスデューサは製造プロセスが複雑です。近年でも、室温で動作する Terfenol-D 材料を積極的に使用し、一部の磁歪歪みを捨てて、放熱性能を達成するための新しい構造に置き換えることが好まれています。
以下に、いくつかの構造用磁歪材料の研究の進捗状況を簡単に紹介します。 水中音響トランスデューサー。縦方向トランスデューサは単純な構造であり、磁歪ロッドが前面放射ヘッドおよびテールマスと組み合わされて一次元の振動系を形成します。フロント放射ヘッドは一般に軽量の材料であり、テールマスは一般に、放射面とより大きな振動変位を達成するために高密度の材料である。 Terfenol-D 材料を使用して開発された 2 種類の縦振動子を紹介します。 1 つは、共振周波数 1200 Hz、音響出力 3 kW、トランスデューサ重量 60 kg の一般的な縦方向トランスデューサです。もう 1 つは希土類ロッドの両端です。これらは、共振周波数 400 Hz、音響出力 1.5 kW、トランスデューサー重量 100 kg のフレア型ダブルエンド放射縦トランスデューサーとして設計されています。円形の
超音波深さセンサー トランスデューサーについては、正多角形を囲む多数の希土類ロッドで構成され、一連の円形表面がトランジションピースによって励起されて放射状の振動が生じ、高出力の音響放射を実現します。共振周波数200 Hzの希土類低周波高出力トロイダルトランスデューサ（内径0.56 m、外径0.94 m、高さ0.37 m、音源レベル193 dB、重量410kg）と共振周波数30Hzのトランスデューサ（直径2m、高さ1.1インチ、音源レベル195dB、重量）のシリーズを開発しました。 5t）。
