Typen en ontwerpen van akoestische onderwatertransducers(1)

Geluidsgolven zijn de enige dragers die mensen beheersen om informatie en energie over lange afstanden in de uitgestrekte zee over te brengen. mensen gebruiken elektromagnetische golven om radars te ontwikkelen. Op dezelfde manier gebruiken mensen geluidsgolven als informatiedragers om zich te ontwikkelen onderwater akoestische transducer . Elektronische apparatuur voor positionerings-, identificatie- en communicatiesonar. In het licht van de uitgestrekte oceaan zijn Sonar-schouders een belangrijke missie: het is om alle hoeken van de uitgestrekte zee te bereiken, om de verschillende dingen te identificeren, om mensen het ware gezicht van de onderwaterwereld te vertellen, om mensen te helpen de mysteries van de oceaan te ontdekken. Om onderwatercommunicatienavigatie te worden, bevinden ze zich op het gebied van aquacultuur, visserij, ontwikkeling van mariene hulpbronnen, mariene geologische en geomorfologische verkenning, militaire wapens, enz. De reden waarom geluidsgolven de beste onderwaterinformatiedrager worden, is dat de geluidsgolven in het watermedium de kleinste verzwakkingscoëfficiënt hebben vergeleken met andere fysieke velden zoals elektromagnetische golven, en dat voortplanting over lange afstanden mogelijk is. Dit voordeel maakt de sonar die de onderwaterwereld waarneemt vanaf het eerste gebruik van ultrasone golven. Het doel begint en blijft zich ontwikkelen. Momenteel is het werkfrequentiebereik van sonar uitgebreid tot een breed bereik. De actieve sonar is van tientallen hertz tot enkele tientallen megahertz. De lage frequentie van passieve sonar is uitgebreid naar het infrageluidbereik. In zo'n brede frequentieband, volgens de regelgeving. De signaalvorm prikkelt een belangrijk apparaat dat geluidsgolven genereert en geluidsgolven in het water waarneemt en ontvangt zonder vervorming. Dit wordt een sonartransducer of een sonararray genoemd. Deze apparaten vormen de front-endapparatuur van het sonarsysteem. Ze zijn ook het 'venster' voor het sonarsysteem om te communiceren met en informatie uit te wisselen met het watermedium. Zij vormen het sonarsysteem, dus de sonartransducer of sonararray wordt levendig de 'ogen en oren' van het sonarsysteem genoemd. Met de voortdurende uitbreiding van het toepassingsgebied van sonartechnologie, de verbetering van militaire confrontaties en operationele behoeften zijn er in een eindeloze stroom nieuwe principes, nieuwe technologieën en nieuwe sonarapparatuur ontstaan. De ontwikkeling van nieuwe sonartechnologie heeft de snelle ontwikkeling van onderwater ultrasone transducertechnologie . Dezelfde technologische doorbraken op het gebied van transducers en de ontwikkeling van nieuwe materialen, nieuwe mechanismen en nieuwe structurele transducers hebben het sonarsysteem ook een nieuw uiterlijk gegeven. Hier is een kort overzicht van de ontwikkeling van de transducertechnologie, inclusief de hydro-akoestische transducer van nieuw materiaal, de nieuwe structuur en het nieuwe mechanisme hydro-akoestische transducer, nieuwe hydrofoon, breedbandtransducertechnologie, enz.

 Nieuw materiaal onderwater akoestische transducer :

De ADCP piëzo-elektrische transducers zijn een apparaat dat energieconversie in een sonarsysteem implementeert. Er is een speciaal materiaal dat energie kan omzetten. Dit materiaal wordt functioneel materiaal genoemd. De functionele materialen die worden gebruikt om de transducer te maken omvatten voornamelijk piëzo-elektrische materialen (zoals piëzo-elektrische kristallen, piëzo-elektrische keramiek, piëzo-elektrische polymeren, enz.) en magnetostrictieve materialen (zoals nikkel, kobalt, nikkel-ijzerlegering, ferriet, zeldzame aarde-ferrolegering enz.). Ze gebruiken het piëzo-elektrische effect en het magnetostrictieve effect om de wederzijdse conversie tussen elektrische veldenergie, magnetische veldenergie en mechanische energie te realiseren. De doorbraak in de transducertechnologie wordt fundamenteel bepaald door technologische doorbraken in functionele materialen. De afgelopen jaren hebben de technische prestaties op verschillende gebieden van functionele materialen ook geleid tot de ontwikkeling van transducertechnologie. In 1963 ontdekte Dr. Clark dat de zeldzame aardmetalen uit de lanthanidereeks verbazingwekkende magnetostrictieve eigenschappen hebben, maar dat ze niet in de praktijk zijn toegepast omdat het curiepunt lager ligt dan kamertemperatuur. er werd ontdekt dat zeldzame aardelementen en ijzer bestaande uit binaire, ternaire of quaternaire legeringen ook supermagnetostrictieve eigenschappen hebben bij kamertemperatuur. De meest representatieve aardlegering is Terfenol (componenten Tb, Dy, Fe).

Het is een nieuw functioneel materiaal geworden dat sinds de jaren tachtig veel aandacht heeft gekregen. ferro-elektrische monokristallijne bismutmagnesiumsilicaatmagnaat-loodtitanaat (PMN-PT) en loodbismutcitraat-loodtitanaat (PZN-PT), is een nieuw type samengesteld perovskietkristalmateriaal, dat ook een plotselinge stijging kent. Een nieuwe klasse functionele materialen met veelbelovende toepassingen. Voordien werd nikkel algemeen gebruikt in materialen voor dieptemetertransducers. In 1917 gebruikte de Franse wetenschapper Lang Zhiwan kwartskristal om een ​​sonartransducer te maken, wat een precedent schiep voor de toepassing van piëzo-elektrische materialen op sonar in de jaren veertig, BaTiO met sterke piëzo-elektrische eigenschappen. Piëzo-keramiek werd met succes ontwikkeld en op grote schaal gebruikt in sonarsystemen tijdens de Tweede Wereldoorlog; PZT-piëzo-elektrische keramiek ontwikkeld in de jaren vijftig compenseerde Ba-TiO, keramiek met hun brede bedrijfstemperatuurbereik en uitstekende elektromechanische conversie-efficiëntie. De tekortkomingen van het materiaal van de zeldzame aardlegering, dat ooit het voorkeursmateriaal was voor hydro-akoestische transducers, zijn groter bij lage temperaturen dan bij kamertemperatuur, zoals Tb en Dy0 bij 77 K. De magnetostrictieve spanning van het materiaal heeft een maximale waarde van 0,65%, terwijl Tefenol-D een magnetostrictieve spanning heeft van 0,25% bij kamertemperatuur.

Over de ultrasone hydro-akoestische transducer: het staafmateriaal van een zeldzame aardlegering wordt in de koude luchtkamer geplaatst en gecirculeerd en gekoeld door de koeltoren van de koelkast. De koude gaskamer wordt voorzien van een DC-voorspanningsmagnetisch veld en een magnetisch excitatieveld door de spoel van het supergeleidende materiaal, en de magnetostrictieve staaf wordt opgewonden om de rektrilling te genereren en gaat door de machine. De overgang wordt overgebracht naar het zuigeruitstralende oppervlak, en het zuigeruitstralende oppervlak duwt het watermedium om drukgolfstraling te genereren. De vacuümkamer is ontworpen in de structuur, het doel is om de warmtegeleiding te isoleren. De buitenwand van de vacuümkamer is een gevormde drukvaste afdekking, die bestand is tegen een druk van 10 atmosfeer. De belangrijkste technische parameters zijn als volgt: resonantiefrequentie 430 Hz, maximaal geluidsbronniveau 181,4 dB, efficiëntie is ongeveer 25%. Dit type transducer is ingewikkeld in het fabricageproces. De laatste jaren zijn mensen nog steeds bereid om Terfenol-D-materialen te gebruiken die bij kamertemperatuur werken, waarbij bepaalde magnetostrictieve spanningen worden weggegooid en vervangen door nieuwe structuren om stralingsprestaties te bereiken. 

Het volgende is een korte inleiding tot de onderzoeksvoortgang van verschillende structurele magnetostrictieve materialen voor onderwater akoestische transducer s. De longitudinale transducer heeft een eenvoudige structuur en de magnetostrictieve staaf wordt gecombineerd met de voorste stralingskop en de staartmassa om een ​​eendimensionaal trillingssysteem te vormen. De voorste stralingskop is over het algemeen van lichtgewicht materiaal en de staartmassa is over het algemeen van dicht materiaal om een ​​stralingsoppervlak en een grotere trillingsverplaatsing te bereiken. Er worden twee soorten longitudinale transducers geïntroduceerd die zijn ontwikkeld met Terfenol-D-materialen. De ene is een algemene longitudinale transducer met een resonantiefrequentie van 1200 Hz, een geluidsvermogen van 3 kW en een transducergewicht van 60 kg. De andere zijn de twee uiteinden van de zeldzame aardstaaf. Ze zijn ontworpen als uitlopende, dubbelzijdig uitstralende longitudinale transducers met een resonantiefrequentie van 400 Hz, een geluidsvermogen van 1,5 kW en een transducergewicht van 100 kg. Over de cirkelvormige
ultrasone dieptesensortransducer bestaat deze uit een aantal zeldzame aardstaven die een regelmatige veelhoek omsluiten, en een reeks cirkelvormige oppervlakken worden door het overgangsstuk opgewonden voor radiale trillingen om akoestische straling met hoog vermogen te bereiken. Die een reeks zeldzame aarde laagfrequente toroïdale transducers met hoog vermogen ontwikkelde, met een resonantiefrequentie van 200 Hz (binnendiameter 0,56 m, buitendiameter 0,94 m, hoogte 0,37 m, geluidsbronniveau 193 dB, gewicht) 410 kg) en een transducer met een resonantiefrequentie van 30 Hz (2 m diameter, hoogte 1,1 inch, geluidsbronniveau 195 dB, gewicht 5t).