Perkembangan baharu seramik piezo yang digunakan dalam transduser sonar bawah air

Transduser adalah bahagian penting dalam sonar. Dari perspektif sejarah hidroakustik, setiap langkah pembangunan akustik bawah air tidak dapat dipisahkan daripada pembangunan teknologi transduser. Memandangkan transduser hidroakustik memainkan peranan penting dalam kejuruteraan akustik bawah air, banyak negara maju telah melabur dengan banyak dalam penyelidikan. Dari sejarah perkembangan peralatan akustik bawah air, dari awal Perang Dunia Pertama, transduser jenis Langevin yang terdiri daripada kristal seramik piezoelektrik dan jisim logam telah digunakan. Selepas banyak penggantian produk, transduser telah digunakan. Prestasi telah bertambah baik. Dalam dua atau tiga dekad yang lalu, disebabkan oleh permintaan ketenteraan, perkembangan pesat sains dan teknologi, pembangunan berterusan dan penggunaan bahan transduser baharu, dan penerapan analisis unsur piezo terhingga dalam reka bentuk transduser, penyelidikan transduser. Berdasarkan teori klasik dan kaedah analisis, banyak konsep dan kaedah baru telah muncul. Transduser akustik bawah air sedang menghadapi pusingan baharu penggantian produk. Transduser cair magnetostrictive gergasi, transduser seramik piezo elektrostriktif berprestasi tinggi, hidrofon vektor, transduser komposit piezoelektrik, hidrofon PVDF kawasan besar frekuensi rendah, hidrofon gentian optik, dll. Ia mewakili perkembangan terkini dalam penyelidikan transduser. Dari aspek ini, artikel ini menantikan perkembangan terkini transduser sonar bawah air.

transduser magnetostrictive gergasi

Pada tahun 1970-an, AE Clark mendapati bahawa aloi nadir bumi mempunyai sifat magnetostriktif super. Strain maksimum yang disebabkan oleh kesan magnetostrictive ini adalah 6 hingga 20 kali lebih besar daripada strain transduser tiub piezoelektrik digunakan dalam transduser akustik bawah air, dan ketumpatan tenaga adalah kira-kira 10 hingga 20 kali, dan halaju bunyi hanya 2/3 hingga 3/4 daripada seramik piezoelektrik, dan perbandingan prestasi antara bahan nadir bumi Terfenol2D dan bahan piezoelektrik konvensional PZT-8 dan nikel diberikan. Oleh itu, di bawah keadaan volum yang sama, transduser hidroakustik Terfenol2D mempunyai frekuensi resonans iaitu 2/3 hingga 3/4 lebih rendah daripada frekuensi resonan transduser hidroakustik seramik piezoelektrik. Oleh kerana transduser yang diperbuat daripada bahan magnetostriktif gergasi nadir bumi Terfenol2D mempunyai ciri-ciri kuasa penghantaran yang besar, isipadu kecil, berat ringan dan persekitaran suhu tinggi, ia diperolehi dalam pembangunan transduser akustik bawah air kuasa tinggi frekuensi rendah-frekuensi sangat rendah. Perhatian dan aplikasi yang mencukupi. Pada 1980-an, negara maju telah membangunkan pelbagai transduser nadir bumi dan mengaplikasikannya dalam bidang ketenteraan. Sweden telah berjaya membangunkan transduser nadir bumi melengkung dengan kuasa bunyi 151 kW untuk sapu ranjau. China memulakan penyelidikan pada 1990-an, tetapi ia telah membuat kemajuan pesat. Mereka telah berjaya membangunkan transduser lentur nadir bumi, transduser bertatah nadir bumi dan transduser nadir bumi rod komposit membujur, dsb. Ciri utama bahan Terfenol2D ialah (1) bahan rapuh dan pemesinan yang sukar. (2) Oleh kerana bahan nadir bumi bukan sahaja bahan pengalir magnet tetapi juga bahan pengalir, apabila medan magnet luar berubah, transduser nadir bumi. Kerugian arus pusar akan dijana di dalam, dan kerugian akan menjadi besar pada frekuensi tinggi. Berbanding dengan transduser seramik piezoelektrik, transduser magnetostriktif gergasi perlu menyelesaikan masalah seperti pincang magnet, prategasan, kehilangan arus pusar dan pampasan air dalam. Pada masa ini, terdapat beberapa penyelesaian kepada kelemahan ini. Bagi tujuan menyelesaikan masalah bahan rapuh dan kehilangan arus pusar besar, ia dikaji bahan magnetostriktif gergasi GMPC, serbuk Terfenol 2D, mencampurkan bahan ikatan, dan ditekan dan dibentuk oleh metalurgi serbuk. Untuk reka bentuk transduser magnetostriktif gergasi, ia adalah penyelesaian yang berfaedah untuk menggunakan sepenuhnya ubah bentuknya yang besar dan ketumpatan tenaga yang tinggi sebagai sumber pengujaan transduser lentur. Ia boleh digunakan untuk membuat pelbagai frekuensi rendah, volum kecil dan penukaran kuasa tinggi. Pemilihan yang betul bagi pincang magnet, pra-tegasan dan teknik penggunaan bahan magnetostriktif gergasi nadir bumi mempunyai kesan yang besar terhadap prestasi transduser. Secara amnya, pincang magnet dipilih pada 1/3 daripada nilai ketepuan magnetostrictive, dan pra-tegasan dipilih daripada 7 MPa hingga 10 MPa untuk mendapatkan kuasa keluaran yang besar.

Hidrofon gentian optik

Teknologi hidrofon gentian optik bermula di Makmal Tentera Laut AS pada akhir 1970-an. Hidrofon gentian optik mempunyai kelebihan sensitiviti tinggi, keupayaan gangguan anti-elektromagnet yang kuat, julat dinamik yang besar, saiz kecil dan ringan. Hemisfera piezoelektrik Pzt4 . Oleh itu, teknologi itu sangat dihargai sebaik sahaja ia dilahirkan, dan ia dianggap sebagai salah satu teknologi utama pertahanan negara. Selepas lebih 20 tahun pembangunan, teknologi hidrofon gentian optik telah mencapai kemajuan yang besar di negara maju, dan pelbagai hidrofon gentian optik telah diperkenalkan. Mereka telah melengkapkan sistem pemantauan bunyi kapal selam hidrofon semua gentian, tatasusunan talian ditarik, tatasusunan konform kapal selam dan sebagainya. Khususnya, kejayaan pembangunan laser keadaan pepejal telah membuka dunia aplikasi yang luas untuk gentian optik. Teknologi hidrofon gentian optik juga mempunyai permulaan yang baik. Prestasi prototaip unit telah hampir atau mencapai tahap antarabangsa, dan penyelidikan teknologi tatasusunan hidrofon gentian optik telah dijalankan. Penembusan penyelidikan sonar ke dalam teknologi laser sudah pasti akan membuka lembaran baharu dalam penyelidikan sonar. Semua jenis hidrofon gentian optik direka mengikut kesan gelombang bunyi untuk membuat modulasi fasa atau modulasi intensiti cahaya gentian. Gentian dibahagikan kepada gentian multimod dan gentian mod tunggal. Hidrofon gentian optik kebanyakannya diperbuat daripada gentian mod tunggal. Jenis interferometer dan jenis modulasi keamatan cahaya. Di bawah tindakan tekanan bunyi, tekanan dijana dalam teras gentian optik untuk menyebabkan perubahan dalam indeks biasan dan panjang. Kedua-dua perubahan ini menyebabkan modulasi fasa laser merambat dalam gentian optik. Hidrofon gentian optik jenis interferometer adalah menggunakan gentian yang dipengaruhi oleh medan bunyi sebagai gentian sensitif, dan yang lain dipisahkan daripada medan bunyi. Gentian dengan perbezaan fasa tetap digunakan sebagai gentian rujukan, yang diletakkan pada lengan interferometer, dan penukar fotoelektrik .Selepas sintesis, gangguan terbentuk pada permukaan fotomultiplier yang diterima, dan maklumat akustik dikesan. Oleh kerana panjang gelombang cahaya adalah sangat kecil, ketegangan sedikit isyarat yang disebabkan oleh tekanan bunyi bukanlah perubahan kecil berkenaan dengan panjang gelombang cahaya, dan dengan itu menyebabkan perubahan besar dalam keamatan cahaya output, jadi sensitiviti hidrofon jenis gangguan gentian adalah sangat tinggi. Prestasi teknikal yang dicapai oleh hidrofon gentian optik interferometer gentian adalah seperti berikut: menerima kepekaan voltan: - 140dB (0dB = 1V/μPa) Kepekaan fasa: 2. 56 × 10 - 8 rad / μPa .Tindak balas frekuensi: 16Hz ~ 10kHz (arah undulation) omnidirectional (unulation ≤ 2. 5dB) Di antara semua hidrofon jenis intensiti, hidrofon jenis parut ialah pengesan akustik bawah air yang baharu, terbukti dan berkesan. 

Output dinyatakan sebagai modulasi intensiti langsung medan bunyi insiden. Prinsip kerja utamanya adalah untuk menyebabkan anjakan relatif dua jeriji antara sumber cahaya malar dan penerima cahaya di bawah tindakan medan bunyi, dan keamatan penerimaan adalah fungsi anjakan relatif dua jeriji, supaya medan bunyi boleh diubah . Untuk modulasi intensiti. Hidrofon parut itu sendiri pada asasnya terdiri daripada dua pandu gelombang optik yang dijajarkan secara paksi (atau gentian) dengan celah kecil dan apertur dalam celah yang mengawal pemancaran menyediakan modulasi keamatan yang diperlukan. Hidrofon menyediakan semua kelebihan peranti modulasi intensiti langsung dan adalah murah. Kaedah parut boleh mencapai kepekaan yang agak tinggi, dan peranti ini mudah dihasilkan, tanpa sebarang teknologi optik canggih, dan mempunyai julat dinamik sehingga 160 dB, dan mempunyai keupayaan untuk mengesan anjakan yang disebabkan oleh bunyi kurang daripada 0.01 A. Di samping itu, kerana pilihan fleksibel ketumpatan parut, mengimbangi, kuasa optik dan struktur julat hidrofon, terdapat lebih banyak kefleksibelan reka bentuk frekuensi dan kefleksibelan saiz operasi. julat. Bagi hidrofon gentian optik, hingar tembakan yang disebabkan oleh turun naik semasa pada fotodiod adalah sumber hingar utamanya dan sering dirujuk sebagai had hingar teori. Di samping itu, penjajaran rasuk, pengasingan rasuk rujukan, dan pengasingan getaran sumber mempunyai kesan langsung ke atas prestasi. Kelemahan terbesar hidrofon gentian optik ialah kesan suhu yang besar.