水中音響変換器の研究開発
ビュー: 3 著者: サイト編集者 公開時間: 2019-02-18 起源: サイト
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トランスデューサの特性と校正方法
水音響トランスデューサは、音響エネルギーと電気エネルギーを相互に変換するデバイスです。ソナーの位置は、海水中で音波を発信および受信する音響システムであるラジオのアンテナに似ています。音響エネルギーが電気エネルギーに変換される圧電トランスデューサー超音波は、受信機またはハイドロフォンと呼ばれます。電気エネルギーを音響エネルギーに変換する変換器は、送信機と呼ばれます。一部のソナーは音の送信と受信に同じトランスデューサーを使用します。別のエミッターとハイドロフォンを使用するものもあります。
トランスデューサの特性
ハイドロフォンの性能とは主に感度と指向性を指します。ハイドロフォンの受信応答が受信感度です。
トランスデューサーハイドロフォン
ハイドロフォンは通常、生成する電圧と音場の音圧の間にスケーリング係数を持つ音響/電気線形変換デバイスです。このスケール係数はトランスデューサーの応答と呼ばれます。ハイドロホンの受信応答（受信感度）は、単位音圧の平面波により発生するハイドロホンの端子電圧（ハイドロホンをフィールドに設置する前）です。従来、受信応答はハイドロホンが負荷に接続されていない開回路応答で表されていました。通常、受信応答はデシベルで記録され、基準レベルは 1 ダイン/cm2、音圧は 1V で、dB で表記されます。トランスミッタのエミッション電流応答は、単位電流がエミッタに注入されたときのビーム パターンの軸方向の距離を示します。 1mで発生する音圧。放射応答は通常、デシベルで表されます。基準レベルは、エミッタに電流を注入したときに基準距離で発生する音圧で、dB 単位で表されます。従来、基準距離は音源から 1 m を指しましたが、基準距離が1コードの場合、プラス20log39.4/36、つまり+0.87dB補正が送信応答を変換します。これが音源レベルとなります。
指向性:
ハイドロフォンは、ほとんどの場合、アプリケーションでハイドロフォン アレイを使用します。水中聴音器アレイは等方性または複数の同一のノイズから使用できるため、個々の水中聴音器コンポーネントよりも高い信号対雑音比を持っています。圧電管スタックの信号は、アレイによって指定された方向から到来し、抽出されます。つまり、指向性インデックスは、ハイドロフォン アレイがそのビーム パターンでノイズから信号を抽出する能力を測定するために使用される受信音波パラメータです。これは、指向性ハイドロホンの出力における S/N 比が、無指向性ハイドロホンの出力における S/N 比よりも高いデシベル数です。
校正方法
水中音響機器の性能と値の送信の必要性を確保するには、ハイドロフォンと送信機を校正する必要があります。音響圧電管の校正は、トランスデューサー応答の周波数と指向性の関数です。現在、トランスデューサーの応答を測定する方法は多数あります。文献に基づいて海軍兵器研究所 TF ジョンストンによって編集された校正方法の概要。これらの方法には、トランスデューサのサイズや周波数範囲が異なると、それぞれ長所と短所があります。
変換材料・音響材料
PZT圧電セラミックスは工業化に向けて発展しています。これまでのところ、水としてチタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) 圧電セラミックスが使用されてきました。音響トランスデューサのトランスデューサ材料は依然として主流です。中国音響研究院が開発したPZT圧電セラミックスで、PZT-4（送受信兼用）、PZT-5（受信型）、PZT-8（高出力放射型）が一般的に使用されており、その性能は様々な水中音に対応できます。トランスデューサのニーズを海外のニーズと比較します。変換材料と音響材料 圧電セラミックスは工業化に向けて発展しています。これまでのところ、水中音響トランスデューサのエネルギー変換材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) 圧電セラミックスが依然として第一位にランクされています。中国音響研究院が開発したPZT圧電セラミックスで、PZT-4（送受信兼用）、PZT-5（受信型）、PZT-8（高出力放射型）が一般的に使用されており、その性能は様々な水中音に対応できます。それらは、トランスデューサ、そのレベル、および外国相の圧電管トランスデューサのニーズです。 d33は、国内で100以上推進されている圧電セラミック測定で開発された測定器であり、静的圧電ひずみ定数測定法の国家標準規格を編集しています。この点で、当社は富陽初の水中音響パルス管試験装置である弾性率および複素せん断弾性率試験装置を確立し、可変温度および圧力装置とマイコンデータ処理システムおよび高音響特性測定システムを備えています。吸音材の分野では、音響吸音材とフラットカスプ平行チャンネル型、スクエアカスプ、フラット共振型の3種類の吸音構造の2種類の水を開発し、様々な周波数帯域の要求に対応しています。平らな吸音チップは中国の大中型マフラープールで広く使用されており、音圧反射率は8〜100 kHzの周波数範囲で10%未満です。また、T801～T808タイプの吸音ゴム、キャストタイプの室温加硫、高周波吸音材、高周波吸音材、高吸音材、高吸音ライニング、吸音減衰材、パテ型制振材などは様々なエンジニアリングプロジェクトで幅広く使用されています。超音波シミュレーションモジュールシリーズと超音波人体組織によって開発された超音波シミュレーションモジュールシリーズは、国家技術監督局と国家医学総局によって確認された医療用超音波診断機器の検出基準です。
水音響トランスデューサとアレイ
最も一般的な水中音響トランスデューサは、フラット ピストン タイプ、縦振動ホーン タイプ、円形校正タイプ、および湾曲タイプです。中国はエンジニアリングのニーズに合わせた各種トランスデューサの設計・製造が可能であり、そのレベルは諸外国に匹敵する。
(1) 高出力送信トランスデューサ
リングの高密度放射トランスデューサ（象嵌円筒型トランスデューサ）を取得し、中国科学院の科学技術成果を取得しています。その中でも「圧電リング電極」は実用新案を取得しています。この探触子は中国初の深海ブロードバンドです。高出力水中音響放射探触子は、海域の海水探査に使用されます。この技術は、水中音響受信機、水中測位速度計、アナログターゲットなどの音響システムに適用されて成功しています。
(2) 屈曲トランスデューサ
ランタン型屈曲トランスデューサの振動と音響放射を有限要素法により研究・解析し、その結果はソナー装置に広く応用されている。これに基づいて、凹型曲げトランスデューサも研究されました。世の中に存在するコンベックスランタン型屈曲振動子と比較して、感度、体積速度が高く、静圧にも強い振動子です。特に、この構造ではマルチモード振動を利用することで高広帯域化を実現できます。その特性は海外ウォーターアコースティックからも高く評価されています。
(3) PZT を用いた圧電複合ハイドロフォンおよび岩盤振動子の研究 (3-3) サンドイッチ複合圧電材料は、圧電定数 gh 値が高く、性能指数 dh × gh が大きく、振動モードが優れています。シンプルで岩盤の特性に合わせやすい広帯域高感度ハイドロホンと広帯域ナローパルス岩石超音波振動子を開発しました。
トランスデューサーのプロセス:
圧電センサー結晶の開発には強力なプロセスが必要であり、多くの場合、新しい設計を実現するために重要です。水中音響および超音波トランスデューサの研究開発と組み合わせることで、硫黄を含まない通音性のポリウレタン製ゴムの注型および結合プロセス、複合プレストレス技術、音響接着剤シリーズおよび低速導波管製造プロセスを備えた接着技術などの一連の特殊技術が形成され、これらはトランスデューサの研究作業にとって非常に重要な技術手段となっています。
