Kemajuan Penyelidikan dan Peluang Pembangunan Teknologi Transduser Akustik Bawah Air(2

 Kemajuan penyelidikan transduser air dalam

 

Angkasa laut dalam adalah ketinggian baru dalam persaingan ketenteraan maritim semasa. Salah satu matlamat strategik marin negara saya adalah untuk bergerak ke arah biru. Pembangunan peralatan akustik laut dalam menggalakkan penemuan berterusan dalam penyelidikan transduser air dalam. Antara transduser frekuensi rendah yang diperkenalkan dalam bahagian 1.1 artikel ini, transduser cakera melengkung dan transduser gelang gandingan rasuk-tiub dengan struktur rongga limpahan juga merupakan contoh reka bentuk transduser air dalam. Saya tidak akan mengulanginya di sini, tetapi memperkenalkan beberapa yang biasa. Hasil penyelidikan baharu transduser air dalam.

 

Rajah 7a menunjukkan dua Helmholtz utama struktur transduser akustik bawah air menggunakan pengujaan hujung dan pengujaan pertengahan. Kajian teori tentang kekerapan resonans rongga cecair di bawah keadaan dinding elastik dijalankan. Rajah 7b menunjukkan transduser jalur lebar frekuensi rendah berbilang rongga yang direka bentuk menggunakan transduser tiub limpahan sebagai sumber pengujaan. Transduser Janus-Helmholtz frekuensi rendah dan berkuasa tinggi direka dalam Rajah 7c; ia juga dengan memanjangkan silinder rongga transduser Janus-Helmholtz ke arah hadapan sinaran omboh, rongga cecair baru terbentuk di mulut radiator Janus. Transduser Janus-Helmholtz berbilang rongga (Rajah 7d) membolehkan transduser mempunyai jalur frekuensi kerja yang lebih luas. Rajah 7e menunjukkan transduser air dalam gelang limpahan yang direka untuk komunikasi akustik bawah air. Reka bentuk menggunakan kesan gandingan resonans rongga cecair dan getaran jejari gelang bulat untuk mencapai ciri operasi jalur lebar. Rajah 7f menunjukkan kearah separuh ruang yang direka bentuk bagi transduser jalur lebar air dalam gelang limpahan. Tapak logam digunakan untuk meningkatkan kearah menegak transduser dan menyekat sinaran belakang. Transduser longitudinal jalur lebar air dalam yang direka dalam Rajah 7g. Transduser menggunakan gandingan getaran membujur dan getaran lentur penutup hadapan untuk mencapai operasi jalur lebar. Transduser dikapsulkan dalam perumah tahan tekanan aloi titanium, dan perumah serta transduser diisi dengan minyak silikon. , Melalui peranti keseimbangan tekanan untuk mencapai kerja air dalam.

 

Rajah 7 Transduser air dalam

1.4 Kemajuan penyelidikan hidrofon vektor

Dengan perhatian mendalam orang ramai terhadap maklumat vektor medan bunyi dan kepentingan penyelidikan hidrofon vektor , teknologi hidrofon vektor terus berkembang dan telah menjadi salah satu pusat penyelidikan antarabangsa sejak beberapa tahun kebelakangan ini. Pada abad ke-21, penyelidikan aplikasi hidrofon vektor negara saya adalah yang paling aktif. Mengikut keputusan statistik pada penghujung 2014, hampir separuh daripada pencapaian akademik dalam bidang hidrofon vektor antarabangsa dan aplikasinya datang dari negara saya. Berikut adalah pengenalan ringkas kepada kemajuan penyelidikan terbaru hidrofon vektor.

 

Struktur tipikal hidrofon vektor ialah mod bersama. Hidrofon vektor mod bersama dibuat dengan merangkum elemen sensitif inersia (pecutan getaran, meter kelajuan, dsb.) dalam cangkerang sfera atau silinder. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan ciri-ciri sfera atau silinder tegar yang membuat gerakan berayun di bawah tindakan medan bunyi, dan secara amnya direka bentuk untuk daya apungan sifar (Rajah 8a). Teori dan teknologi dalam bidang ini agak matang. Pada masa kini, jenis baru bahan kristal tunggal piezoelektrik PMNT dan PZNT digunakan untuk mengurangkan kelantangan hidrofon, meningkatkan kepekaan, dan mengurangkan bunyi kendiri. Hidrofon vektor digunakan terutamanya dalam tatasusunan berasaskan pantai, tatasusunan ditarik dan tatasusunan sisi. Hidrofon vektor frekuensi rendah juga digunakan dalam pengukuran hingar persekitaran marin, tenggelam/pelampung dan sistem lain.

Rajah 8 Hidrofon vektor

Rajah 8b ialah hidrofon vektor lajur bergetar bersama yang boleh dipasang dengan tetap. Prinsip asasnya tidak berubah. Dalam struktur, bingkai ampaian digantikan dengan rod pelekap, dan spring ampaian ditukar kepada spring getah. Senario aplikasi struktur ini boleh dilanjutkan kepada pemasangan tetap pada pembawa platform.

 

Dengan perkembangan teknologi pemprosesan mikro-elektromekanikal (MEMS), teknologi MEMS telah digunakan untuk reka bentuk dan pembangunan hidrofon vektor. Teknologi MEMS boleh menyepadukan komponen mikroelektronik seperti unit sensitif, litar kawalan, litar padanan hingar rendah dan modul pra-pemprosesan pensampelan. Dalam satu, isyarat akustik ditukar menjadi isyarat elektrik. Mod kerja biasa ialah menggunakan sensor pecutan mikro sebagai elemen sensitif (Rajah 8c), menggunakan prinsip kesan piezoresistif silikon kristal tunggal untuk mereka bentuk cip sensitif, dan membangunkan hidrofon vektor MEMS komposit silinder getaran bersama 3 dimensi. Satu lagi mod kerja adalah berdasarkan prinsip bionik, meniru prinsip sel penderiaan mekanikal sisi ikan untuk mengesan pergerakan air, dan mereka bentuk hidrofon vektor piezoresistif MEMS (Rajah 8d).

 

Hidrofon gentian optik adalah salah satu aplikasi yang berjaya teknologi pengesan gentian optik dalam bidang akustik bawah air. Ia menunjukkan ciri teknikal sensitiviti tinggi, hingar rendah, julat dinamik yang besar dan anti-gangguan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ia juga telah digunakan secara meluas dalam hidrofon vektor. Penyelidik telah mereka bentuk dan membangunkan hidrofon vektor gentian optik. Rajah 8e ialah hidrofon vektor gentian optik silinder tiga dimensi. Berdasarkan kisi Bragg, unit penderiaan pecutan dan unit penderiaan tekanan bunyi direka bentuk dan hidrofon vektor halaju tekanan-getaran bunyi dibangunkan. Rajah 8f ialah hidrofon vektor gentian sfera 3D. Berdasarkan sistem gangguan gentian pengekalan polarisasi penuh, hidrofon vektor gentian interferometrik mandrel ortogon 3D telah dibangunkan, yang mempunyai struktur padat dan pusat bunyi bertepatan pada satu titik.

 

Kemajuan penyelidikan transduser frekuensi rendah, transduser jalur lebar frekuensi tinggi, transduser air dalam , dan hidrofon vektor. Walaupun data yang dikumpul tidak lengkap, ia agak tipikal dan mewakili. Ia pada asasnya menggambarkan garis besar sempadan pembangunan transduser akustik bawah air negara saya. Berbanding dengan kerja inovasi ikonik pada transduser dalam tempoh yang berbeza di dunia, sebahagian besar kerja reka bentuk inovatif di negara saya adalah beberapa tahun atau bahkan lebih sepuluh tahun kemudian daripada tahap teknologi canggih antarabangsa.

 

Dorongan terbesar untuk pembangunan transduser hidroakustik negara saya datang daripada keperluan aplikasi dalam bidang teknologi hidroakustik. Dalam tempoh di mana kekuatan ekonomi dan kekuatan sains dan teknologi negara saya agak lemah, kaedah pembangunan ini adalah yang paling berkesan, tetapi selepas jangka masa yang panjang, akan ada kesan sejarah yang jelas, mengakibatkan disiplin yang tidak sistematik, siri produk yang tidak lengkap, dan asas teori. Keadaan teknologi khusus yang tidak boleh dipercayai, tidak sempurna, sokongan profesional yang tidak mampan dan pasukan bakat yang tidak stabil.

 

Dari segi teknologi transduser air dalam, beberapa negara marin utama telah pun mempunyai banyak teknologi matang dan siri produk pada abad ke-20. Beberapa peralatan akustik laut dalam awam juga boleh dieksport ke negara saya. Walau bagaimanapun, permintaan untuk teknologi sonar laut dalam di negara saya masih tidak kukuh sehingga akhir abad ke-20. Teknologi transduser air dalam hampir dalam keadaan kosong ketika itu. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, negara telah meningkatkan pelaburannya dan memberi perhatian kepada penyelidikan teori asas dan peranti teras asas. Pencapaian baharu dalam bidang transduser akustik bawah air telah muncul, keupayaan teknikal telah dipertingkatkan dari tahun ke tahun, dan kemajuan teknologi adalah luar biasa. Beberapa hasil penyelidikan yang disenaraikan dalam artikel sebelumnya disegerakkan dengan peringkat sempadan antarabangsa, tetapi penyegerakan keseluruhan dan momentum pembangunan selari yang komprehensif masih jauh daripada terbentuk, terutamanya dalam arah teknologi transduser yang pendek dan lemah serta pencapaian teknologi baharu. Ia jarang berlaku, dan prestasi produk masih sangat lemah.