Jenis dan reka bentuk transduser akustik bawah air(1)

Gelombang bunyi adalah satu-satunya pembawa yang dikuasai manusia untuk menghantar maklumat dan tenaga dalam jarak yang jauh di laut yang luas. orang ramai menggunakan gelombang elektromagnet untuk membangunkan radar. Begitu juga, orang menggunakan gelombang bunyi sebagai pembawa maklumat untuk membangun transduser akustik bawah air . Peralatan elektronik untuk kedudukan, pengenalan dan komunikasi sonar. Di hadapan lautan yang luas, bahu Sonar adalah misi penting: ia adalah untuk menjangkau seluruh penjuru laut yang luas, untuk mengenal pasti pelbagai perkara, untuk memberitahu orang ramai wajah sebenar dunia bawah air, untuk membantu orang ramai meneroka misteri lautan. Untuk menjadi navigasi komunikasi bawah air, mereka berada dalam bidang akuakultur, perikanan, pembangunan sumber marin, penerokaan geologi dan geomorfologi marin, senjata ketenteraan, dsb. Sebab gelombang bunyi menjadi pembawa maklumat bawah air yang terbaik adalah kerana gelombang bunyi dalam medium air mempunyai pekali pengecilan terkecil berbanding dengan medan fizikal lain seperti medan-medan fizik yang lain, dan propagetik gelombang panjang elektromagnetik. Kelebihan ini menjadikan sonar yang memerhati bawah air daripada penggunaan awal gelombang ultrasonik. Matlamat bermula dan terus berkembang. Pada masa ini, julat frekuensi kerja sonar telah diperluaskan kepada julat yang luas. Sonar aktif adalah dari puluhan hertz hingga beberapa puluh megahertz. Frekuensi rendah sonar pasif telah dilanjutkan kepada julat infrasound. Dalam jalur frekuensi yang begitu luas, mengikut peraturan. Bentuk isyarat merangsang peranti penting yang menjana gelombang bunyi dan deria dan menerima gelombang bunyi di dalam air tanpa herotan. Ini dipanggil transduser sonar atau tatasusunan sonar. Peranti ini adalah peralatan bahagian hadapan sistem sonar. Mereka juga merupakan 'tingkap' untuk sistem sonar berinteraksi dan bertukar maklumat dengan medium air. Mereka adalah sistem sonar, jadi transduser sonar atau tatasusunan sonar dengan jelas dirujuk sebagai 'mata dan telinga' sistem sonar. Dengan pengembangan berterusan bidang aplikasi teknologi sonar, peningkatan konfrontasi ketenteraan dan keperluan operasi mempunyai prinsip baharu, teknologi baharu dan peralatan sonar baharu telah muncul dalam aliran yang tidak berkesudahan. Perkembangan teknologi sonar baharu telah memacu perkembangan pesat transduser ultrasonik bawah air . teknologi Kejayaan teknologi yang sama dalam bidang transduser dan pembangunan bahan baharu, mekanisme baharu, dan transduser struktur baharu juga telah menjadikan sistem sonar rupa baharu. Berikut ialah gambaran ringkas tentang perkembangan teknologi transduser, ia termasuk transduser hidroakustik bahan baharu, struktur baharu dan transduser hidroakustik mekanisme baharu, hidrofon baharu, teknologi transduser jalur lebar, dsb.

 Bahan baru transduser akustik bawah air :

The Transduser piezoelektrik ADCP ialah peranti yang melaksanakan penukaran tenaga dalam sistem sonar.terdapat bahan khas dengan keupayaan untuk menukar tenaga. Bahan ini dipanggil bahan berfungsi. Bahan-bahan berfungsi yang digunakan untuk membuat transduser terutamanya termasuk bahan piezoelektrik (seperti kristal piezoelektrik, seramik piezoelektrik, polimer piezoelektrik, dll.) dan bahan magnetostrictive (seperti nikel, kobalt, aloi besi nikel, ferit, feroaloi nadir bumi dll.), mereka menggunakan kesan magnetostriktif bersama-sama piezoelektrik antara nikel, kobalt, aloi besi nikel, ferit, nadir bumi dan lain-lain. tenaga medan, tenaga medan magnet dan tenaga mekanikal. Kejayaan dalam teknologi transduser pada asasnya ditentukan oleh penemuan teknologi dalam bahan berfungsi. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pencapaian teknikal dalam pelbagai bidang bahan berfungsi juga telah membawa kepada pembangunan teknologi transduser. Pada tahun 1963, Dr. Clark mendapati bahawa bahan nadir bumi siri lantanida mempunyai sifat magnetostriktif yang menakjubkan, tetapi ia tidak digunakan secara praktikal kerana titik curie lebih rendah daripada suhu bilik. didapati bahawa unsur nadir bumi dan besi yang terdiri daripada aloi binari, terner atau kuaterna juga mempunyai sifat supermagnetostriktif pada suhu bilik. Aloi bumi yang paling mewakili ialah Terfenol (komponen Tb, Dy, Fe).

Ia telah menjadi bahan berfungsi baharu yang telah mendapat banyak perhatian sejak tahun 1980-an. ferroelektrik kristal tunggal bismut magnesium silikat magnate-plumbum titanat (PMN-PT) dan titanat plumbum sitrat sitrat plumbum (PZN-PT), adalah sejenis bahan kristal perovskit komposit baharu, yang juga meningkat secara mendadak. Kelas baharu bahan berfungsi dengan aplikasi yang menjanjikan. Sebelum ini, nikel biasanya digunakan dalam bahan transduser pencari mendalam. Pada tahun 1917, saintis Perancis Lang Zhiwan menggunakan kristal kuarza untuk membuat transduser sonar, menetapkan preseden untuk aplikasi bahan piezoelektrik pada sonar pada tahun 1940-an, BaTiO dengan sifat piezoelektrik yang kuat.Seramik Piezo telah berjaya dibangunkan dan digunakan secara meluas dalam sistem sonar semasa Perang Dunia Kedua; Seramik piezoelektrik PZT dibangunkan pada tahun 1950-an mengimbangi Ba-TiO, seramik dengan julat suhu operasi yang luas dan kecekapan penukaran elektromekanikal yang sangat baik. Kelemahan bahan aloi nadir bumi, yang pernah menjadi bahan pilihan untuk transduser hidroakustik, ia lebih besar pada suhu rendah berbanding pada suhu bilik, seperti Tb dan Dy0 pada 77 K. Tegangan magnetostriktif bahan mempunyai nilai maksimum 0.65%, manakala Tefenol-D mempunyai terikan magnetostriktif 0.25% pada suhu bilik

Mengenai transduser hidroakustik ultrasonik,Bahan rod aloi nadir bumi diletakkan di dalam ruang udara sejuk, dan diedarkan dan disejukkan oleh menara penyejuk peti sejuk. Ruang gas sejuk disediakan dengan medan magnet bias DC dan medan magnet pengujaan oleh gegelung bahan superkonduktor, dan rod magnetostrictive teruja untuk menjana getaran regangan dan melalui mesin. Peralihan dihantar ke permukaan penyinaran omboh, dan permukaan penyinaran omboh menolak medium air untuk menghasilkan sinaran gelombang tekanan. Ruang vakum direka bentuk dalam struktur, tujuannya adalah untuk mengasingkan pengaliran haba. Dinding luar ruang vakum adalah penutup tahan tekanan berbentuk, yang boleh menahan tekanan 10 atmosfera. Parameter teknikal utama adalah seperti berikut: frekuensi resonans 430Hz, tahap sumber bunyi maksimum 181.4dB, kecekapan adalah kira-kira 25%. Transduser jenis ini rumit dalam proses fabrikasinya. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, orang ramai masih bersedia menggunakan bahan Terfenol-D yang berfungsi pada suhu bilik, membuang beberapa strain magnetostrictive dan menggantikannya dengan struktur baharu untuk mencapai prestasi sinaran. 

Berikut adalah pengenalan ringkas kepada kemajuan penyelidikan beberapa bahan magnetostriktif struktur untuk transduser akustik bawah air s. Transduser membujur mempunyai struktur ringkas, dan rod magnetostrictive digabungkan dengan kepala sinaran hadapan dan jisim ekor untuk membentuk sistem getaran satu dimensi. Kepala sinaran hadapan biasanya merupakan bahan yang ringan, dan jisim ekor secara amnya merupakan bahan yang padat untuk mencapai permukaan sinaran dan anjakan getaran yang lebih besar. Dua jenis transduser longitudinal yang dibangunkan dengan bahan Terfenol-D diperkenalkan. Satu ialah transduser longitudinal am dengan frekuensi resonans 1200 Hz, kuasa bunyi 3 kW dan berat transduser 60 kg. Satu lagi ialah dua hujung rod nadir bumi. Ia direka bentuk sebagai transduser membujur memancar dua hujung dengan frekuensi resonan 400 Hz, kuasa bunyi 1.5 kW dan berat transduser 100 kg. Mengenai
transduser penderia kedalaman ultrasonik bulat, ia terdiri daripada beberapa batang nadir bumi yang melampirkan poligon biasa, dan satu siri permukaan jejari yang diuja untuk transduser kedalaman ultrasonik bulat. mencapai sinaran akustik berkuasa tinggi. Yang membangunkan satu siri transduser toroidal kuasa tinggi frekuensi rendah nadir bumi, dengan frekuensi resonan 200 Hz (diameter dalam 0.56 m, diameter luar 0.94 m, ketinggian 0.37 m, tahap sumber bunyi 193 dB, berat) 410kg) dan transduser dengan frekuensi resonans 1in, diameter 1.B, ketinggian 1m (2m sumber) 5t).