Gambaran keseluruhan pembangunan transduser akustik bawah air dalam air frekuensi rendah

Dengan perkembangan penyelidikan lautan, terdapat pelbagai permintaan untuk transduser yang boleh berfungsi di dalam air dalam. Transduser air dalam kebanyakannya dipasang pada pelbagai jenis pelantar bawah air serba lengkap, iaitu

platform boleh menampung volum dan berat yang terhad serta kapasiti bekalan kuasa, transduser frekuensi rendah diperlukan untuk memenuhi ciri-ciri saiz kecil, berat rendah, kecekapan tinggi dan rintangan tekanan hidrostatik tinggi.

Kertas kerja ini memperkenalkan kemajuan penyelidikan transduser air dalam frekuensi rendah di dalam dan luar negara, termasuk jenis transduser biasa, ciri-ciri dan masalah pembangunan mereka, untuk rujukan penyelidik dalam

bidang berkaitan.196dB dan beratnya ialah 2800kg; 65Hz bunyi frekuensi sangat rendah Tahap sumber maksimum sumber ialah 203dB dan beratnya ialah 1900Kg. Kelemahan utamanya ialah ia dihadkan oleh ciri-ciri struktur cakera melengkung, dan kedalaman kerja sukar untuk mencapai 1000 meter.

 

2.2 Transduser Janus-Helmholtz

Transduser Janus-Helmholtz juga boleh dikaitkan dengan jenis transduser Helmholtz. Bentuk tipikalnya ialah penggetar membujur dua hujung merangsang cengkerang silinder tegar pada kedua-dua hujungnya, menggunakan frekuensi rongga cecair dan frekuensi getaran jejarian untuk membentuk puncak resonans berganda. Bahagian utama ialah transduser getaran membujur yang boleh memancar pada kedua-dua belah (dipanggil transduser Janus). Sepasang rongga cangkerang silinder diletakkan di bahagian luar kepala sinaran transduser Janus, dan ruang yang tertutup oleh rongga dan transduser Janus Rongga resonan Helmholtz terbentuk, yang berfungsi di bawah pengujaan getaran membujur transduser Janus. Strukturnya boleh berfungsi di dalam air yang lebih dalam tanpa menggunakan alat pampasan tekanan. , Menggunakan gandingan mod resonans rongga cecair dan mod getaran membujur, ia mempunyai frekuensi rendah, jalur lebar, ciri kuasa tinggi, dan pada masa yang sama mempunyai saiz yang agak kecil, yang sesuai digunakan sebagai sumber bunyi frekuensi rendah laut dalam. IXBLUE telah membangunkan pelbagai transduser Janus-Helmholtz JH250-6000, JH650-6000, dsb. Jalur frekuensi kerja transduser JH250-6000 ialah 200Hz-1050Hz, saiz keseluruhan ialah Φ 72*1145cm, berat sumber adalah 72*112cm, 196dB; jalur frekuensi kerja transduser JH650-6000 ialah 580Hz-2020Hz, dimensi luaran ialah Φ 45*61cm, dan beratnya ialah 90kg. Tahap sumber bunyi lebih besar daripada 196dB; kekurangannya adalah turun naik yang besar dalam band.

 

Banyak unit domestik juga telah menjalankan penyelidikan berkaitan transduser Janus-Helmholtz. Jenis transduser ini mempunyai saiz dan berat yang agak kecil untuk mendapatkan kesan kerja frekuensi rendah, dan secara teorinya, prestasi transduser tidak berubah dengan kedalaman, dan mempunyai prospek aplikasi yang baik. Masalah utama ialah mod resonans rongga cecair mempunyai nilai Q yang tinggi, yang membawa kepada kekonduksian tajam dan keluk tindak balas berhampiran puncak resonans rongga cecair, yang tidak kondusif untuk reka bentuk rangkaian yang sepadan dan mempunyai kesan tertentu pada operasi jalur lebar. Institut Akustik Gunaan Hangzhou telah menjalankan penyelidikan tentang masalah transduser JH, dan memperbaiki dua masalah gandingan mod resonan secara berkesan bagi transduser Janus-Helmholtz tradisional, dan menambah baik jalur lebar dan jalur frekuensi kerja transduser. Kerataan tindak balas voltan penghantaran. Transduser prototaip yang dihasilkan mempunyai julat frekuensi kerja 400~700Hz, puncak rongga cecair 480Hz, lebar jalur tindak balas voltan penghantaran (6dB) lebih daripada 200Hz, dan tahap sumber bunyi maksimum 205dB. Julat frekuensi kerja prototaip frekuensi yang agak tinggi ialah 700~1400Hz, puncak rongga cecair ialah 760Hz, lebar jalur tindak balas voltan penghantaran (6dB) lebih besar daripada 500Hz, dan tahap sumber bunyi maksimum ialah 200dB.

 

2.3 Transduser Janus-Hammer Bell

 

Pada tahun 2013, transduser air dalam, yang agak berbeza daripada transduser JH tradisional. Ia secara khusus termasuk transduser getaran membujur memancar dua arah dan cangkerang silinder tegar, yang dipasang pada silinder tegar. Pada jisim sederhana. Mekanismenya terletak pada gandingan mod getaran longitudinal dua hujung dan mod toroidal (dua cincin aluminium). Getaran membujur memacu cecair dalam rongga untuk bergetar, menyebabkan cengkerang silinder tegar bergetar. Mod longitudinal digandingkan dengan mod jejari cangkerang. Untuk mencapai sinaran jalur lebar, tahap dalam jalur pada asasnya bukan arah. Gunakan transduser ini untuk menjalankan eksperimen perambatan bunyi jarak jauh. Transduser JHB diletakkan pada paksi saluran (kira-kira 1000m), dan tatasusunan penerima menegak 20-yuan digunakan untuk menerima isyarat 1000km dengan jayanya.

2.4 Transduser gelang limpahan

 

Transduser gelang limpahan ialah jenis transduser air dalam yang biasa di jalur frekuensi tengah dan rendah. Permukaan dalam dan luar gelang seramik dimeterai dengan bahan kedap air (poliuretana atau getah tervulkan). Tekanan hidrostatik pada struktur adalah seimbang sendiri, dan secara teorinya kedalaman kerja tidak dihadkan oleh kedalaman air. Pada masa yang sama, reka bentuk munasabah saiz rongga cecair transduser toroidal boleh merangsang puncak resonans rongga cecair frekuensi rendah dan bergabung dengan resonans jejarian toroid itu sendiri untuk mencapai kesan kerja jalur lebar berbilang mod. Secara amnya berfungsi dalam julat frekuensi 1kHz~10kHz. Untuk jalur frekuensi di bawah 1kHz, gelang mozek bersaiz besar perlu dibuat, yang memerlukan teknologi pemasangan tinggi. Transduser gelang limpahan yang dilaporkan di luar negara mempunyai jalur frekuensi kerja 250Hz-1kHz dan sumber bunyi. Tahapnya ialah 197dB, diameternya 1m, ketinggian 1.6m, dan beratnya kira-kira 800kg.

lan 'piawaian terpendam tomografi akustik laut dalam', dan telah mencapai keputusan awal, tetapi masih ada ruang untuk penambahbaikan selanjutnya. Julat frekuensi kerja peranti ialah 400Hz~550Hz, tindak balas voltan penghantaran maksimum ialah 132dB, dan tahap sumber bunyi maksimum ialah 182dB. Berdasarkan dua set sasaran kapal selam tomografi akustik laut dalam transduser ini, frekuensi rendah (500Hz), air dalam (kedalaman paksi saluran 1000m), pelepasan isyarat akustik jangka panjang (3 bulan masa bertugas) dan penerimaan isyarat akustik pada profil menegak pada kedalaman 300m~1500mm. Dalam paten model utiliti untuk transduser tegangan lentur limpahan digunakan, plastik buih tegar digunakan sebagai bahan tahan tekanan, frekuensi resonans ialah 2.4kHz, dan tindak balas voltan penghantaran ialah 126dB. Universiti Kejuruteraan Harbin dicadangkan dalam paten 'Transduser akustik bawah air flektensi fasa terbalik''. Dengan memasang tiub terbalik separuh panjang gelombang pada kedua-dua hujung transduser lentur jenis IV, sinaran dalaman transduser lentur jenis limpahan dipancarkan. Fasa tekanan bunyi diterbalikkan sebanyak 180 darjah, yang melaraskan fasa tekanan bunyi di dalam cengkerang penyinaran lentur, supaya tekanan bunyi yang dipancarkan dari bahagian dalam pada muncung tiub terbalik berada dalam fasa yang sama dengan tekanan bunyi yang dipancarkan dari luar cangkang bergetar, mengatasi masalah tradisional kecekapan sinaran rendah jenis transducer flexten. Melalui reka bentuk ini, transduser mempunyai tiga permukaan penyinaran dalam fasa, iaitu permukaan penyinaran omboh satah elips di kedua-dua hujung dan permukaan penyinaran shell transduser lentur, membentuk mod matriks fasa terner, yang membolehkan transduksi lentur. Peranti ini membentuk satu angka lapan arah, yang menjadikannya mempunyai ciri-ciri pelepasan arah.

2.6 Transduser frekuensi rendah yang diberi pampasan gas

 

Syarikat Alliant Techsystems AS membangunkan transduser akustik bawah air berkuasa tinggi frekuensi ultra rendah HX-554 untuk Termometri Akustik Iklim Lautan (ATOC) 1993-1994. Transduser terdiri daripada 10 tindanan kristal piezoelektrik dengan panjang 1085mm, lebar 119mm dan ketebalan 53mm (setiap tindanan kristal diperbuat daripada 92 plat persegi seramik piezoelektrik yang diikat bersama, dan bahagian bahan pasif ditambah di tengah tindanan kristal) ke dalam baldi. Struktur berbentuk, dengan beg kembung di dalam untuk mengimbangi tekanan hidrostatik, dan kedalaman kerja boleh mencapai 1000 meter. Transduser menggunakan getaran lentur tindanan piezoelektrik untuk memancarkan gelombang bunyi bukan arah mendatar. Kekerapan resonans ialah 75Hz, lebar jalur kerja ialah 57-92Hz, dan tahap sumber bunyi maksimum ialah 197dB (kuasa bunyi 420W, nadi CW); saiz keseluruhan transduser ialah 2.06 panjang. m, 0.94m diameter, 2300kg di udara, 770kg dalam air, ditambah dengan struktur sokongan dan sistem inflasi, jumlah berat ialah 5500kg.

 

2.7 Sumber bunyi hidrodinamik

Sumber bunyi berkuasa bendalir menggunakan pemacu hidraulik untuk menjana getaran, dan mempunyai ciri-ciri pelepasan frekuensi ultra-rendah, frekuensi kerja yang luas, strok kerja yang panjang dan tujahan yang besar. Sumber bunyi hidraulik HLF-1 yang dibangunkan oleh Hydroacoustics mempunyai julat frekuensi kerja 20Hz-2kHz, tahap sumber bunyi boleh mencapai 196dB pada resonans 260Hz, dan saiz maksimumnya ialah 1m. Sumber bunyi hidraulik HLF-4 yang dibangunkan mempunyai sumber bunyi tunggal dengan tahap sumber bunyi 206dB pada frekuensi resonans 57Hz dan lebar jalur 14Hz. 5 sumber bunyi digunakan untuk membentuk matriks, dan tahap sumber bunyi telah mencapai 221dB. Ia terkenal pada tahun 1991 Transduser ini digunakan dalam ujian pengukuran suhu lautan Pulau Heard, dan isyarat akustik mempunyai jarak perambatan 18,000km.

 

3 Kesimpulan

Pelbagai jenis transduser pemancar frekuensi rendah air dalam mempunyai perbezaan besar dalam saiz, berat dan ciri akustik dalam. Adalah mustahil untuk memenuhi keperluan pelbagai jenis peralatan sonar dengan satu transduser. Sebagai contoh, transduser cincin limpahan mempunyai prestasi yang baik. Kestabilan air dalam, arahan liputan ruang penuh, kesan jalur lebar yang lebih baik, tetapi saiz dan berat yang sepadan agak besar; Transduser JH mencapai operasi frekuensi rendah dan jalur lebar dalam volum yang agak kecil, tetapi kearahannya berubah lebih dengan kekerapan. Besar, dan selalunya terdapat 'lembah' dalam dalam jalur frekuensi, yang mempunyai kesan tertentu pada kesan penggunaan sebenar. Mengikut keperluan sebenar projek, pertimbangan menyeluruh harus diberikan kepada keperluan kesesuaian, tahap sumber bunyi, kearah pengarahan, operasi jalur lebar, dsb., dan jenis transduser pemancar frekuensi rendah air dalam yang sesuai harus dipilih.