Utvikling av akustisk undervannstransduser i undervannsdeteksjonsapplikasjon

De akustisk undervannstransduser er hovedverktøyet som bruker lydbølger til å oppdage, identifisere og lokalisere undervannsmål, eller for å kommunisere og sende rapporter under vann. Svingeren som brukes til å sende ut lydbølger kalles en sender. Når transduseren er i emitterende tilstand, konverterer den elektrisk energi til mekanisk energi og deretter til akustisk energi. For tiden har konvensjonelle transduserarray-elementer designet med piezoelektriske materialer, spesielt lavfrekvente transdusere, et stort volum og vekt på grunn av deres strukturelle egenskaper, som ikke bare øker kostnadene ved produksjon, bruk og vedlikehold, men også foreslår spesielle funksjoner for plattformen. Krav og begrenser omfanget og formen for formasjon, og begrenser dermed taktikk og tekniske indikatorer. Hvordan løse problemet med størrelsen og formen til den akustiske serien, hvordan forene den strukturelle utformingen av lavfrekvente og høyfrekvente ekkoloddarrayer, og på grunnlag av den nye array-elementstrukturen, ved å kombinere storskala konforme arrays for å forbedre lyden. undervannsvåpen og forbedre undervannskampevnene til hæren vår.

 

1 Ny type piezoelektrisk kompositttransduser

Figur 3.1 Array-element og tverrsnitt av måneknoppen piezoelektrisk kompositttransduser

Figur 3.2 Arrayelement og tverrsnitt av cymbaltransduseren

Måneknopp type piezoelektrisk akustisk undervannstransduser (Figur 3.1) og piezoelektrisk kompositttransduser av cymbaltype (Figur 3.2) er de mest representative flextensional-transduserne som for tiden er fokusert på i utlandet. De piezoelektriske kompositttransduserne til disse to strukturene er oppkalt etter formen på metallendestykkene deres. Metallendekappehulen til måneknoppstrukturen er en måneknopp-type, mens metallendekappehulen til cymbalstrukturen er en cymbaltype, og hulrommet er luft. De er alle laget av en kompositt av metall og piezoelektrisk keramikk. Metall-piezoelektriske keramiske komposittmaterialer kombineres med piezoelektrisk keramikk gjennom plateformede, skallformede og hetteformede metaller for å endre spenningsfordelingen inne i keramikken, og dermed forbedre ytelsen til piezoelektriske materialer. Hovedfunksjonene er enkel design, enkel behandling og lave kostnader. Måneknoppen piezoelektrisk kompositt-transduser og cymbal piezoelektrisk kompositt-transduser viser god piezoelektrisk ytelse. Denne strukturen endrer spenningsfordelingen til det keramiske grensesnittet gjennom spenningskonverteringen mellom det hetteformede metallet og det keramiske grensesnittet, og gjør at komposittmaterialet Den langsgående piezoelektriske ytelsen og den tverrgående piezoelektriske ytelsen gir en additiv effekt, og forbedrer derved den piezoelektriske koblingsytelsen dh til materialet. Blant dem er dh-verdien til måneknoppstrukturens komposittmateriale 10-20 ganger høyere enn for piezoelektrisk keramikk. Hettestrukturen kan være 30-40 ganger høyere enn piezoelektrisk keramikk. Ytelsessammenligningen av måneknopp- og hetteformede metall-piezoelektriske keramiske kompositter og piezoelektriske keramikk er vist i tabell 3.1.

 

2 cymbal transduser

Figur 4.1 Utsnitt av den grunnleggende strukturen til cymbal-transduser-array-elementet

Figur 4.2 Den radielle forskyvningen av den keramiske brikken til cymbalarray-elementet omdannes til forskyvningen i tykkelsesretningen til metallhetten

Arrayelementstruktur: Grunnstrukturen til arrayelementet er vist i figur 4.1. Den er dannet ved å lime to stykker metallplate stemplet i en cymbalform og en piezoelektrisk keramisk plate. Materialet i metallplaten kan være titanlegering, messing, legert stål osv. Bruk av titanlegering som metallplatemateriale kan gjøre at cymbalelementet har større motstand mot vanntrykk. For elementdiameteren dp=10mm, er cymbal undervanns akustisk transduser tåler trykket på en dybde på 600 meter. Imidlertid er titanlegeringsmaterialer dyrere enn materialer i messing og legert stål. Derfor er titanlegeringsmaterialer relativt begrenset når vanndybden ikke vurderes. Sammenlignet med legert stålmaterialer, har messing cymbal array elementer bedre piezoelektriske egenskaper når de samtidig påføres cymbal array elementer. Materialene til piezoelektrisk keramikk inkluderer også hovedsakelig PZT-4, PZT-8 og PZT-5. Når cymbaltransdusere brukes som sendetransdusere, brukes PZT-4 og PZT-8 piezoelektrisk keramikk vanligvis som mottakstransdusere. Når den brukes, er PZT-5 piezoelektrisk keramikk ofte brukt. Arbeidsprinsipp: Når spenning påføres de to polene til cymbalarray-elementet, vil den piezoelektriske keramikken produsere langsgående og sideveis vibrasjon. Den langsgående vibrasjonen til den piezoelektriske keramikken gjør at de to metallplatene til array-elementet direkte produserer langsgående forskyvning; Sideforskyvningen fører til at metallplaten komprimeres eller utvides i radiell retning. På grunn av den spesielle formen på cymbalen forårsaker dette også den langsgående forskyvningen av toppen av metallplaten, som vist i figur 4.2. Både den langsgående og radielle forskyvningen av den piezoelektriske keramikken vil føre til at metallendehetten produserer en langsgående forskyvning, og resultatet av superposisjonen av de to forskyvningene er forskyvningen av metallendedekselet, noe som resulterer i forsterkningen av forskyvningen av metallendehetten.

 

3 Egenskaper og bruksmuligheter for cymbal piezoelektrisk akustisk undervannstransduser

3.1 Funksjoner ved cymbal piezoelektrisk transduser

1) Array-elementet er lite i størrelse, høyt i statisk trykk og piezoelektrisk koeffisient, lett å matche med vannmediet og har en veldig stor båndbredde; blant dem brukes det konkave array-elementdesignet og det spesielle hydrostatiske balansedesignet for å bryte gjennom arbeidsdybdegrensen til basisgruppen.

2) Sørg for en type omfattende akustiske sensorer og arrays for undervannsplattformer og undervannsvåpen. Denne typen akustisk array er liten i størrelse, lett i vekt og har et bredt spekter av bruksområder. Krav.

3) På grunn av de små og lette egenskapene til det nye cymbal-arrayet, kan det settes sammen i stor skala.

4) Bruk cymbal array element design teori og spesiell programvare for å forene array strukturen til hvert frekvensbånd til en cymbal struktur av forskjellige skalaer, slik at hvert frekvensbånd kan optimaliseres og utvikles

Den unngår også unødvendige og kjedelige tester og danner en rask og enhetlig ny cymbal array design og utviklingsmetode. Ved å bruke denne metoden vil det i tillegg til å utvikle produkter med lignende driftsfrekvenser også utvikles nye lavfrekvente, høyfrekvente array-elementer og grunnleggende arrays som fungerer i ulike frekvensbånd.

 

3.2 Søknadsutsikter

1) Undervannskommunikasjon: Fordi cymbal-ekkoloddtransduseren har egenskapene til liten størrelse, lav vekt, enkel utplassering, høy følsomhet, etc., kan cymbal-ekkoloddelementene formes til en lineær array for undervannskommunikasjon, eller som en undervannskommunikasjonssystemenhet etablerer et undervannskommunikasjonsnettverk for å realisere stor-område og langdistanse undervannskommunikasjon i henhold til undervanns-forsvarsposisjon og langdistanse undervannsforsvar. behov, noe som gjør undervannskommunikasjon rask og fleksibel.

2) Brukes til torpedoveiledning: Cymbal-ekkolodd har høy mottaksfølsomhet. Cymbal-ekkolodd kan brukes på passive torpedoer for å realisere torpedosporing og veiledning.

3) Brukes for ubåtmottakende ekkolodd: cymbalekkoloddelementene kan formes til en felles gruppe, som kan arrangeres på hodet eller siden av ubåten for å utføre funksjonene deteksjon og posisjonering.

4) Andre: kan brukes som slepeekkolodd, mineunngåelsesonar, dyppeekkolodd, etc.