Overzicht van de ontwikkeling van laagfrequente onderwater-akoestische transducers voor diep water

Met de ontwikkeling van oceaanonderzoek is er een grote vraag naar transducers die in diep water kunnen werken. Diepwatertransducers worden meestal gemonteerd op verschillende soorten zelfstandige onderwaterplatforms, de

platform is geschikt voor een beperkt volume en gewicht, evenals een voedingscapaciteit. Een laagfrequente transducer is vereist om te voldoen aan de kenmerken van klein formaat, laag gewicht, hoog rendement en hoge hydrostatische drukweerstand.

Dit artikel introduceert de onderzoeksvoortgang van laagfrequente diepwatertransducers in binnen- en buitenland, inclusief de gebruikelijke typen transducers, hun kenmerken en ontwikkelingsproblemen, ter referentie van onderzoekers in

gerelateerde velden.196dB en het gewicht is 2800kg; 65 Hz geluid met zeer lage frequentie. Het maximale bronniveau van de bron is 203 dB en het gewicht is 1900 kg. Het grootste nadeel is dat het wordt beperkt door de structurele kenmerken van de gebogen schijf en dat de werkdiepte moeilijk 1000 meter te bereiken is.

 

2.2 Janus-Helmholtz-transducer

De Janus-Helmholtz-transducer kan ook worden toegeschreven aan het Helmholtz-transducertype. De typische vorm ervan is dat een longitudinale vibrator met twee uiteinden stijve cilindrische schalen aan beide uiteinden exciteert, waarbij de frequentie van de vloeistofholte en de radiale trillingsfrequentie worden gebruikt om een ​​dubbele resonantiepiek te vormen. Het hoofdonderdeel is een longitudinale trillingstransducer die aan beide zijden kan uitstralen (de zogenaamde Janus-transducer). Een paar cilindrische schaalholtes worden aan de buitenkant van de stralingskop van de Janus-transducer geplaatst, en de ruimte omsloten door de holte en de Janus-transducer. De Helmholtz-resonantieholte wordt gevormd, die werkt onder de excitatie van de longitudinale trillingen van de Janus-transducer. De structuur kan in dieper water werken zonder het gebruik van drukcompensatieapparatuur. Door gebruik te maken van de koppeling van de resonantiemodus van de vloeistofholte en de longitudinale trillingsmodus, heeft het lage frequentie-, breedband- en hoogvermogenkarakteristieken en heeft het tegelijkertijd een relatief klein formaat, dat geschikt is voor gebruik als diepzee-laagfrequente geluidsbron. IXBLUE heeft een verscheidenheid aan Janus-Helmholtz-transducers JH250-6000, JH650-6000, enz. Met volledige diepte ontwikkeld. De werkfrequentieband van de JH250-6000-transducer is 200 Hz-1050 Hz, de totale grootte is Φ 72 * 112 cm, het gewicht is 450 kg en de geluidsbron. Het niveau is groter dan 196 dB; de werkfrequentieband van de JH650-6000-transducer is 580 Hz-2020 Hz, de externe afmeting is Φ 45 * 61 cm en het gewicht is 90 kg. Het geluidsbronniveau is groter dan 196 dB; de tekortkomingen zijn grote schommelingen in de band.

 

Veel huishoudelijke eenheden hebben ook gerelateerd onderzoek uitgevoerd naar Janus-Helmholtz-transducers. Dit type transducer heeft een relatief klein formaat en gewicht om een ​​laagfrequent werkeffect te verkrijgen, en theoretisch veranderen de prestaties van de transducer niet met de diepte, en heeft een goed toepassingsperspectief. Het grootste probleem is dat de resonantiemodus van de vloeistofholte een hoge Q-waarde heeft, wat leidt tot scherpe geleidings- en responscurven nabij de resonantiepiek van de vloeistofholte, wat niet bevorderlijk is voor het ontwerp van het matchingnetwerk en een zekere impact heeft op de breedbandwerking. Het Hangzhou Institute of Applied Acoustics heeft onderzoek gedaan naar de problemen van JH-transducers en heeft effectief de twee resonante moduskoppelingsproblemen van traditionele Janus-Helmholtz-transducers verbeterd, en de bandbreedte en werkfrequentieband van de transducer verbeterd. De vlakheid van de zendspanningsrespons. De geproduceerde prototype-transducer heeft een werkfrequentiebereik van 400 ~ 700 Hz, een vloeistofholtepiek van 480 Hz, een transmissiespanningsresponsbandbreedte (6 dB) groter dan 200 Hz en een maximaal geluidsbronniveau van 205 dB. Het relatief hoogfrequente werkfrequentiebereik van het prototype is 700 ~ 1400 Hz, de piek van de vloeistofholte is 760 Hz, de bandbreedte van de transmissiespanningsrespons (6 dB) is groter dan 500 Hz en het maximale geluidsbronniveau is 200 dB.

 

2.3 Janus-Hammer Bell-transducer

 

In 2013, diepwatertransducer, die behoorlijk verschilt van de traditionele JH-transducer. Het omvat specifiek een bidirectionele longitudinale trillingstransducer en een stijve cilindrische schaal, die op een stijve cilinder is gemonteerd. Op de middenmassa. Het mechanisme ligt in de koppeling van de dubbelzijdige longitudinale trillingsmodus en de toroïdale modus (twee aluminium ringen). De longitudinale trillingen zorgen ervoor dat de vloeistof in de holte gaat trillen, waardoor de stijve cilindrische schaal gaat resoneren. De longitudinale modus is gekoppeld aan de radiale modus van de schaal. Om breedbandstraling te bereiken is het in-band niveau in principe niet-directioneel. Gebruik deze transducer om het experiment voor geluidsvoortplanting over lange afstanden uit te voeren. De JHB-transducer wordt op de kanaalas geplaatst (ongeveer 1000 m) en de verticale ontvangstarray van 20 yuan wordt gebruikt om het 1000 km-signaal met succes te ontvangen.

2.4 Overloopringtransducer

 

De overflow-ringtransducer is een veelgebruikt type diepwatertransducer in de midden- en lage frequentiebanden. De binnen- en buitenoppervlakken van de keramische ring zijn afgedicht met waterdichte materialen (polyurethaan of gevulkaniseerd rubber). De hydrostatische druk op de constructie is zelfbalancerend en theoretisch wordt de werkdiepte niet beperkt door de waterdiepte. Tegelijkertijd kan een redelijk ontwerp van de vloeistofholtegrootte van de torusvormige transducer de laagfrequente resonantiepiek van de vloeistofholte opwekken en combineren met de radiale resonantie van de torus zelf om multi-mode breedbandwerkeffecten te bereiken. Werk over het algemeen in het frequentiebereik van 1 kHz ~ 10 kHz. Voor frequentiebanden onder 1 kHz moeten grote mozaïekringen worden gemaakt, waarvoor een hoge assemblagetechnologie vereist is. De in het buitenland gerapporteerde overflow-ringtransducer heeft een werkfrequentieband van 250 Hz-1 kHz en een geluidsbron. Het niveau is 197 dB, de diameter is 1 meter, de hoogte is 1,6 meter en het gewicht is ongeveer 800 kg.

lan 'diepzee-akoestische tomografie latente standaard' en heeft voorlopige resultaten geboekt, maar er is nog ruimte voor verdere verbetering. Het werkfrequentiebereik van het apparaat is 400 Hz ~ 550 Hz, de maximale transmissiespanningsrespons is 132 dB en het maximale geluidsbronniveau is 182 dB. Gebaseerd op de twee sets akoestische diepzee-tomografische onderzeese doelen van deze transducer, lage frequentie (500 Hz), diep water (1000 m kanaalasdiepte), lange termijn (3 maanden diensttijd) akoestische signaalemissie en akoestische signaalontvangst op het verticale profiel op een diepte van 300 m ~ 1500 m. In het gebruiksmodeloctrooi voor de toegepaste overflow flex-tension transducer wordt hard schuimplastic gebruikt als drukbestendig materiaal, de resonantiefrequentie is 2,4 kHz en de transmissiespanningsrespons is 126 dB. Harbin Engineering University voorgesteld in het patent 'Een fase-geïnverteerde diepzee flextensionele onderwater akoestische transducer'. Door omgekeerde buizen met halve golflengte aan beide uiteinden van de IV-type flextensionele transducer te installeren, wordt de interne straling van de overflow-type flextensionele transducer uitgestraald. De geluidsdrukfase wordt 180 graden omgekeerd, waardoor de geluidsdrukfase binnen de buiguitstralende schaal wordt aangepast, zodat de geluidsdruk die wordt uitgestraald vanaf de binnenkant bij het mondstuk van de omgekeerde buis zich in dezelfde fase bevindt als de geluidsdruk die wordt uitgestraald vanaf de buitenkant van de trillende schaal, waardoor het traditionele probleem van de lage stralingsefficiëntie van de flextensionele transducer van het overstroomtype wordt overwonnen. Door dit ontwerp heeft de transducer drie in-fase uitstralende oppervlakken, namelijk het elliptische vlakke zuigeruitstralende oppervlak aan beide uiteinden en het schaaluitstralende oppervlak van de flextensionele transducer, die een ternaire in-fase matrixmodus vormen, die flextensionele transductie mogelijk maakt. Het apparaat vormt een richtingsgevoeligheid in de vorm van een acht, waardoor het de kenmerken heeft van gerichte emissie.

2.6 Gasgecompenseerde laagfrequente transducer

 

Het Amerikaanse bedrijf Alliant Techsystems ontwikkelde de ultra-laagfrequente, krachtige onderwater-akoestische transducer HX-554 voor de Acoustic Thermometry of Ocean Climate (ATOC) van 1993-1994. De transducer bestaat uit 10 piëzo-elektrische kristalstapels met een lengte van 1085 mm, een breedte van 119 mm en een dikte van 53 mm (elke kristalstapel is gemaakt van 92 piëzo-elektrische keramische vierkante platen die aan elkaar zijn gehecht, en een gedeelte passief materiaal is in het midden van de kristalstapel toegevoegd) in een emmer. Gevormde structuur, met een opblaasbare zak erin om de hydrostatische druk in evenwicht te brengen, en de werkdiepte kan 1000 meter bereiken. De transducer maakt gebruik van piëzo-elektrische buigtrillingen om horizontale, niet-gerichte geluidsgolven uit te zenden. De resonantiefrequentie is 75 Hz, de werkbandbreedte is 57-92 Hz en het maximale geluidsbronniveau is 197 dB (geluidsvermogen 420 W, CW-puls); de totale grootte van de transducer is 2,06 lang. m, 0,94 m in diameter, 2300 kg in lucht, 770 kg in water, plus ondersteunende structuur en opblaassysteem, het totale gewicht is 5500 kg.

 

2.7 Hydrodynamische geluidsbron

De door vloeistof aangedreven geluidsbron maakt gebruik van hydraulische aandrijving om trillingen te genereren en heeft de kenmerken van emissie met ultralage frequentie, brede werkfrequentie, lange werkslag en grote stuwkracht. De door Hydroacoustics ontwikkelde hydraulische geluidsbron HLF-1 heeft een werkfrequentiebereik van 20 Hz - 2 kHz, het geluidsbronniveau kan 196 dB bereiken bij een resonantie van 260 Hz en de maximale grootte is 1 meter. De ontwikkelde HLF-4 hydraulische geluidsbron beschikt over één geluidsbron met een geluidsbronniveau van 206dB bij een resonantiefrequentie van 57Hz en een bandbreedte van 14Hz. Er worden 5 geluidsbronnen gebruikt om een ​​matrix te vormen, en het geluidsbronniveau heeft 221 dB bereikt. Het is beroemd in 1991. Deze transducer werd gebruikt bij de meettest van de oceaantemperatuur op Heard Island en het akoestische signaal heeft een voortplantingsafstand van 18.000 km.

 

3 Conclusie

Verschillende typen laagfrequente zendtransducers voor diep water hebben grote verschillen in grootte, gewicht en diepe akoestische kenmerken. Het is onmogelijk om met één transducer aan de behoeften van verschillende soorten sonarapparatuur te voldoen. De overloopringtransducer presteert bijvoorbeeld goed. Stabiliteit in diep water, directiviteit over de volledige ruimtedekking, beter breedbandeffect, maar de overeenkomstige omvang en het gewicht zijn relatief groot; De JH-transducer bereikt laagfrequente en breedbandwerking in een relatief klein volume, maar de richtingsgevoeligheid verandert meer met de frequentie. Groot, en er zijn vaak diepe 'valleien' in de frequentieband, wat een zekere impact heeft op het daadwerkelijke gebruikseffect. Afhankelijk van de werkelijke behoeften van het project moet uitgebreid rekening worden gehouden met de eisen van geschiktheid, geluidsbronniveau, directiviteit, breedbandwerking, enz., en moet het juiste type laagfrequente zendtransducer voor diep water worden geselecteerd.