Onderzoeksvoortgang en ontwikkelingsmogelijkheden van akoestische onderwatertransducertechnologie (2

 Onderzoeksvoortgang van diepwatertransducers

 

De diepzeeruimte is het nieuwe toppunt van de huidige maritieme militaire concurrentie. Een van de strategische mariene doelstellingen van mijn land is om naar diepblauw te evolueren. De ontwikkeling van akoestische apparatuur voor diepzee bevordert voortdurende doorbraken in onderzoek naar transducers in diep water. Van de laagfrequente transducers die in paragraaf 1.1 van dit artikel zijn geïntroduceerd, zijn de gebogen schijftransducer en de buisbundelkoppelringtransducer met overloopholtestructuur ook ontwerpvoorbeelden van diepwatertransducers. Ik zal ze hier niet herhalen, maar enkele typische introduceren. De nieuwe onderzoeksresultaten van diepwatertransducers.

 

Figuur 7a toont de twee belangrijkste Helmholtz onderwater akoestische transducerstructuren die gebruik maken van eindexcitatie en tussenliggende excitatie. Theoretisch onderzoek naar de resonantiefrequentie van de vloeistofholte onder elastische wandomstandigheden wordt uitgevoerd. Figuur 7b toont de ontworpen laagfrequente breedbandtransducer met meerdere holtes, waarbij gebruik wordt gemaakt van een overloopbuistransducer als excitatiebron. De laagfrequente en krachtige Janus-Helmholtz-transducer ontworpen in figuur 7c; Door de holtecilinder van de Janus-Helmholtz-transducer naar de voorkant van de zuigerstraling uit te breiden, wordt ook een nieuwe vloeistofholte gevormd bij de monding van de Janus-radiator. De Janus-Helmholtz-transducer met meerdere holtes (Afbeelding 7d) zorgt ervoor dat de transducer een bredere werkfrequentieband heeft. Figuur 7e toont de ontworpen diepwatertransducer met overloopring voor akoestische onderwatercommunicatie. Het ontwerp maakt gebruik van het koppelingseffect van resonantie van de vloeistofholte en radiale trillingen van de cirkelvormige ring om breedbandbedrijfskarakteristieken te bereiken. Figuur 7f toont de ontworpen richtingsgevoeligheid in de halve ruimte van de diepwaterbreedbandtransducer met overloopring. De metalen basis wordt gebruikt om de verticale richting van de transducer te verbeteren en de achterstraling te onderdrukken. De diepwaterbreedband longitudinale transducer ontworpen in figuur 7g. De transducer gebruikt de koppeling van longitudinale trillingen en buigtrillingen aan de voorkant om breedbandwerking te bereiken. De transducer is ingekapseld in een drukbestendige behuizing van titaniumlegering en de behuizing en de transducer zijn gevuld met siliconenolie. , Via het drukbalansapparaat om diep waterwerk te bereiken.

 

Figuur 7 Diepwatertransducer

1.4 Onderzoeksvoortgang van vectorhydrofoon

Met de diepe aandacht van mensen voor de vectorinformatie van het geluidsveld en het belang ervan vectorhydrofoononderzoek , de vectorhydrofoontechnologie blijft zich ontwikkelen en is de afgelopen jaren een van de internationale onderzoekshotspots geworden. In de 21e eeuw is het onderzoek naar vectorhydrofoontoepassingen in mijn land het meest actief. Volgens de statistische resultaten van eind 2014 kwam bijna de helft van de academische prestaties op het gebied van internationale vectorhydrofoons en hun toepassingen uit mijn land. Hier is een korte inleiding tot de recente onderzoeksvoortgang van vectorhydrofoons.

 

De typische structuur van een vectorhydrofoon is een co-modus. De co-mode vectorhydrofoon wordt gemaakt door traagheidsgevoelige elementen (trillingsversnellingsmeters, snelheidsmeters, enz.) In te kapselen in een bolvormige of cilindrische schaal. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de kenmerken van een stijve bol of cilinder die een oscillerende beweging maakt onder invloed van een geluidsveld, en is over het algemeen ontworpen voor nul drijfvermogen (Figuur 8a). De theorie en technologie op dit gebied zijn relatief volwassen. Tegenwoordig worden nieuwe soorten piëzo-elektrische monokristallijne materialen PMNT en PZNT gebruikt om het volume van de hydrofoon te verminderen, de gevoeligheid te vergroten en de eigenruis te verminderen. Vectorhydrofoons worden voornamelijk gebruikt in arrays aan de wal, gesleepte arrays en zijarrays. Laagfrequente vectorhydrofoons worden ook gebruikt bij geluidsmetingen in het mariene milieu, onderdompelbare/boei- en andere systemen.

Figuur 8 Vectorhydrofoon

Figuur 8b is een co-vibrerende kolomvectorhydrofoon die vast kan worden geïnstalleerd. Het basisprincipe is niet veranderd. In de constructie wordt het ophangframe vervangen door een montagestang en wordt de ophangveer vervangen door een rubberen veer. Het toepassingsscenario van deze structuur kan worden uitgebreid tot een vaste installatie op de platformdrager.

 

Met de ontwikkeling van micro-elektromechanische verwerkingstechnologie (MEMS) is MEMS-technologie toegepast op het ontwerp en de ontwikkeling van vectorhydrofoons. MEMS-technologie kan micro-elektronische componenten integreren, zoals gevoelige eenheden, regelcircuits, ruisarme aanpassingscircuits en voorverwerkingsmodules voor bemonstering. In één wordt het akoestische signaal omgezet in een elektrisch signaal. Een typische werkmodus is het gebruik van een microversnellingssensor als gevoelig element (Figuur 8c), het gebruik van het principe van het piëzoresistieve effect van monokristallijn silicium om een ​​gevoelige chip te ontwerpen, en het ontwikkelen van een driedimensionale co-vibratie cilindrische composiet MEMS-vectorhydrofoon. Een andere werkmodus is gebaseerd op het principe van bionica, waarbij het principe wordt nagebootst van de laterale mechanische detectiecellen van de vis om waterbeweging te detecteren, en ontwierp een MEMS-piëzoresistieve vectorhydrofoon (Figuur 8d).

 

Optische vezelhydrofoon is een van de succesvolle toepassingen van optische vezeldetectietechnologie op het gebied van onderwaterakoestiek. Het toont de technische kenmerken van hoge gevoeligheid, weinig ruis, groot dynamisch bereik en anti-interferentie. De afgelopen jaren wordt het ook veel gebruikt in vectorhydrofoons. Onderzoekers hebben een glasvezelvectorhydrofoon ontworpen en ontwikkeld. Figuur 8e is een driedimensionale cilindrische vezeloptische vectorhydrofoon. Gebaseerd op het Bragg-rooster, zijn de versnellingssensor en de geluidsdruksensor ontworpen, en is de geluidsdruk-vibratiesnelheidsvectorhydrofoon ontwikkeld. Figuur 8f is een 3D-bolvormige vezelvectorhydrofoon. Gebaseerd op het volledig polarisatiebehoudende vezelinterferentiesysteem, is een 3D orthogonale doorn-interferometrische vezelvectorhydrofoon ontwikkeld, die een compacte structuur heeft en het geluidscentrum op één punt samenvalt.

 

De onderzoeksvoortgang van laagfrequente transducers, hoogfrequente breedbandtransducers, diepwatertransducers en vectorhydrofoons. Hoewel de verzamelde gegevens niet uitputtend zijn, zijn ze vrij typisch en representatief. Het geeft feitelijk de grenslijnen weer van de ontwikkeling van de akoestische onderwatertransducers van mijn land. Vergeleken met het iconische innovatiewerk op het gebied van transducers in verschillende perioden in de wereld, is een aanzienlijk deel van het innovatieve ontwerpwerk in mijn land enkele jaren of zelfs meer dan tien jaar later dan het internationale geavanceerde technologieniveau.

 

De grootste impuls voor de ontwikkeling van de hydro-akoestische transducers in mijn land komt van de toepassingsvereisten op het gebied van hydro-akoestische technologie. In een periode waarin de economische kracht en de wetenschappelijke en technologische kracht van mijn land relatief zwak zijn, is deze ontwikkelingsmethode het meest effectief, maar na een lange periode zullen er duidelijke historische sporen zichtbaar zijn, resulterend in onsystematische disciplines, onvolledige productreeksen en theoretische grondslagen. De situatie van onbetrouwbare, onvolmaakte gespecialiseerde technologie, niet-duurzame professionele ondersteuning en een onstabiel talentteam.

 

Op het gebied van diepwatertransducertechnologie hebben sommige grote mariene landen in de 20e eeuw al veel volwassen technologieën en productseries gehad. Sommige civiele akoestische diepzeeapparatuur kan ook naar mijn land worden geëxporteerd. De vraag naar diepzeesonartechnologie in mijn land was echter tot het einde van de 20e eeuw nog steeds niet groot. De diepwatertransducertechnologie bevond zich op dat moment bijna in een lege staat. De afgelopen jaren heeft het land zijn investeringen verhoogd en aandacht besteed aan het onderzoek naar basistheorieën en fundamentele kernapparaten. Nieuwe prestaties op het gebied van akoestische onderwatertransducers zijn in opkomst, de technische mogelijkheden zijn jaar na jaar verbeterd en de technologische vooruitgang is opmerkelijk. Sommige van de onderzoeksresultaten die in het vorige artikel zijn opgesomd, zijn gesynchroniseerd met het internationale grensniveau, maar de algehele synchronisatie en het alomvattende parallelle ontwikkelingsmomentum zijn nog lang niet gevormd, vooral in de historisch korte en zwakke transducertechnologierichtingen en nieuwe technologische prestaties. Het komt slechts zelden voor en de productprestaties zijn nog steeds erg zwak.