Pembangunan Transduser Akustik Bawah Air dalam Aplikasi Pengesanan Bawah Air

The transduser akustik bawah air ialah alat utama yang menggunakan gelombang bunyi untuk mengesan, mengenal pasti dan mengesan sasaran dalam air, atau untuk berkomunikasi dan menghantar laporan di bawah air. Transduser yang digunakan untuk memancarkan gelombang bunyi dipanggil pemancar. Apabila transduser berada dalam keadaan pemancar, ia menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal dan kemudian kepada tenaga akustik. Pada masa ini, elemen tatasusunan transduser konvensional yang direka dengan bahan piezoelektrik, terutamanya transduser frekuensi rendah, mempunyai isipadu dan berat yang besar kerana ciri-ciri strukturnya, yang bukan sahaja meningkatkan kos pembuatan, penggunaan dan penyelenggaraan, tetapi juga mencadangkan ciri khas untuk platform. Keperluan dan had skala dan bentuk pembentukan, dengan itu menyekat taktik dan petunjuk teknikal. Bagaimana untuk menyelesaikan masalah saiz dan bentuk tatasusunan akustik, bagaimana untuk menyatukan reka bentuk struktur tatasusunan sonar frekuensi rendah dan frekuensi tinggi, dan berdasarkan struktur elemen tatasusunan baru, dengan menggabungkan tatasusunan konformal berskala besar untuk meningkatkan bunyi Pelbagai penunjuk teknikal Tatasusunan Naji sudah pasti merupakan keperluan mendesak dan prestasi senjata di bawah air tempur untuk meningkatkan prestasi senjata di bawah air tempur yang mendesak untuk memainkan peranan penting dalam permainan di bawah air tempur dan di bawah air. keupayaan tentera kita.

 

1 Jenis baru transduser komposit piezoelektrik

Rajah 3.1 Elemen tatasusunan dan pandangan keratan rentas transduser komposit piezoelektrik putik bulan

Rajah 3.2 Elemen tatasusunan dan pandangan keratan rentas transduser simbal

Jenis Moonbud transduser akustik bawah air piezoelektrik (Rajah 3.1) dan transduser komposit piezoelektrik jenis simbal (Rajah 3.2) ialah transduser flextension yang paling representatif yang kini tertumpu di luar negara. Transduser komposit piezoelektrik kedua-dua struktur ini dinamakan sempena bentuk penutup hujung logam mereka. Rongga penutup hujung logam struktur putik bulan ialah jenis putik bulan, manakala rongga penutup hujung logam struktur simbal ialah jenis simbal, dan rongga adalah udara. Kesemuanya diperbuat daripada komposit logam dan seramik piezoelektrik. Bahan komposit seramik logam-piezoelektrik digabungkan dengan seramik piezoelektrik melalui logam berbentuk plat, berbentuk cangkerang dan penutup untuk menukar pengagihan tegasan di dalam seramik, dengan itu meningkatkan prestasi bahan piezoelektrik. Ciri-ciri utamanya ialah reka bentuk ringkas, pemprosesan mudah dan kos rendah. Transduser komposit piezoelektrik putik bulan dan transduser komposit piezoelektrik simbal menunjukkan prestasi piezoelektrik yang baik. Struktur ini mengubah taburan tegasan antara muka seramik melalui penukaran tegasan antara logam berbentuk topi dan antara muka seramik, dan menjadikan bahan komposit Prestasi piezoelektrik longitudinal dan prestasi piezoelektrik melintang menghasilkan kesan tambahan, dengan itu meningkatkan prestasi gandingan piezoelektrik dh bahan. Antaranya, dh bahan komposit struktur putik bulan adalah 10-20 kali lebih tinggi daripada seramik piezoelektrik. Struktur penutup boleh 30-40 kali lebih tinggi daripada seramik piezoelektrik. Perbandingan prestasi putik bulan dan komposit seramik piezoelektrik logam berbentuk topi dan seramik piezoelektrik ditunjukkan dalam Jadual 3.1.

 

2 transduser simbal

Rajah 4.1 Pandangan keratan bagi struktur asas unsur tatasusunan transduser simbal

Rajah 4.2 Anjakan jejari cip seramik unsur tatasusunan simbal diubah menjadi anjakan mengikut arah ketebalan penutup logam

Struktur unsur tatasusunan: Struktur asas unsur tatasusunan ditunjukkan dalam Rajah 4.1. Ia dibentuk dengan mengikat dua kepingan logam yang dicop ke dalam bentuk simbal dan kepingan seramik piezoelektrik. Bahan kepingan logam boleh menjadi aloi titanium, loyang, keluli aloi, dan lain-lain. Penggunaan aloi titanium sebagai bahan kepingan logam boleh menjadikan unsur simbal mempunyai rintangan yang lebih besar terhadap tekanan air. Untuk diameter unsur dp=10mm, transduser akustik bawah air cymbal boleh menahan tekanan pada kedalaman 600 meter. Walau bagaimanapun, bahan aloi titanium lebih mahal daripada bahan loyang dan keluli aloi. Oleh itu, bahan aloi titanium agak terhad apabila kedalaman air tidak dipertimbangkan. Berbanding dengan bahan keluli aloi, unsur susunan simbal loyang mempunyai sifat piezoelektrik yang lebih baik apabila ia digunakan secara serentak pada unsur tatasusunan simbal. Bahan-bahan seramik piezoelektrik juga termasuk PZT-4, PZT-8 dan PZT-5. Apabila transduser simbal digunakan sebagai transduser pemancar, seramik piezoelektrik PZT-4 dan PZT-8 biasanya digunakan sebagai transduser penerima. Apabila digunakan, seramik piezoelektrik PZT-5 biasanya digunakan. Prinsip kerja: Apabila voltan digunakan pada dua kutub elemen tatasusunan simbal, seramik piezoelektrik akan menghasilkan getaran membujur dan sisi. Getaran membujur seramik piezoelektrik menjadikan dua plat logam unsur tatasusunan secara langsung menghasilkan anjakan membujur; Anjakan sisi menyebabkan kepingan logam memampat atau mengembang dalam arah jejari. Disebabkan oleh bentuk khas simbal, ini juga menyebabkan anjakan membujur bahagian atas kepingan logam, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.2. Kedua-dua anjakan membujur dan jejari seramik piezoelektrik akan menyebabkan penutup hujung logam menghasilkan anjakan membujur, dan hasil superposisi kedua-dua anjakan ialah anjakan penutup hujung logam, yang mengakibatkan penguatan anjakan penutup hujung logam.

 

3 Ciri-ciri dan prospek penggunaan simbal transduser akustik bawah air piezoelektrik

3.1 Ciri-ciri transduser piezoelektrik simbal

1) Elemen tatasusunan bersaiz kecil, tekanan statik tinggi dan pekali piezoelektrik, mudah dipadankan dengan medium air, dan mempunyai lebar jalur yang sangat besar; antaranya, reka bentuk elemen tatasusunan cekung dan reka bentuk keseimbangan hidrostatik khas digunakan untuk menembusi had kedalaman kerja tatasusunan asas.

2) Menyediakan jenis penderia dan tatasusunan akustik yang boleh digunakan secara menyeluruh untuk platform bawah air dan senjata bawah air. Jenis tatasusunan akustik ini bersaiz kecil, ringan dan mempunyai pelbagai aplikasi. Tuntutan.

3) Oleh kerana ciri kecil dan ringan susunan simbal baharu, ia boleh dipasang secara besar-besaran.

4) Gunakan teori reka bentuk elemen tatasusunan simbal dan perisian khas untuk menyatukan struktur tatasusunan setiap jalur frekuensi menjadi struktur simbal pelbagai skala, supaya setiap jalur frekuensi boleh dioptimumkan dan dibangunkan

Ia juga mengelakkan ujian yang tidak perlu dan membosankan serta membentuk reka bentuk dan kaedah pembangunan tatasusunan simbal baharu yang pantas dan bersatu. Menggunakan kaedah ini, selain membangunkan produk dengan frekuensi operasi yang serupa, elemen tatasusunan frekuensi rendah, frekuensi tinggi baharu dan tatasusunan asas yang berfungsi dalam jalur frekuensi berbeza juga akan dibangunkan.

 

3.2 Prospek permohonan

1) Komunikasi bawah air: Oleh kerana transduser sonar cymbal mempunyai ciri-ciri saiz kecil, ringan, penggunaan mudah, kepekaan tinggi, dsb., elemen tatasusunan cymbal sonar boleh dibentuk menjadi tatasusunan linear untuk komunikasi di dalam air, atau sebagai Unit sistem komunikasi bawah air mewujudkan rangkaian komunikasi bawah air untuk merealisasikan kawasan besar dan jarak jauh komunikasi bawah air untuk menyisir, dan dengan serta-merta boleh mengubah kedudukan di bawah air untuk komunikasi di bawah air, dan pertahanan dengan serta-merta. fleksibel.

2) Digunakan untuk bimbingan torpedo: Simbal sonar mempunyai sensitiviti penerimaan yang tinggi. Simbal sonar boleh digunakan pada torpedo pasif untuk merealisasikan pengesanan dan bimbingan torpedo.

3) Digunakan untuk sonar penerima kapal selam: elemen tatasusunan sonar simbal boleh dibentuk menjadi tatasusunan biasa, yang boleh disusun pada kepala atau sisi kapal selam untuk melaksanakan fungsi pengesanan dan kedudukan.

4) Lain-lain: boleh digunakan sebagai sonar tunda, sonar mengelakkan lombong, sonar celup, dll.