Oversikt over utviklingen av dypvanns-lavfrekvente akustiske undervannstransdusere

Med utviklingen av havforskning er det et bredt spekter av etterspørsel etter transdusere som kan fungere på dypt vann. Dypvannstransdusere er for det meste montert på ulike typer selvforsynte undervannsplattformer,

plattformen kan romme begrenset volum og vekt samt strømforsyningskapasitet, lavfrekvent svinger er nødvendig for å møte egenskapene til liten størrelse, lav vekt, høy effektivitet og høy hydrostatisk trykkmotstand.

Denne artikkelen introduserer forskningsfremgangen til lavfrekvente dypvannstransdusere i inn- og utland, inkludert de vanlige typene av transduserne, deres egenskaper og utviklingsproblemer, for referanse for forskere i

relaterte felt.196dB og vekten er 2800kg; 65Hz svært lavfrekvent lyd Det maksimale kildenivået til kilden er 203dB og vekten er 1900Kg. Dens største ulempe er at den er begrenset av de strukturelle egenskapene til den buede skiven, og arbeidsdybden er vanskelig å nå 1000 meter.

 

2.2 Janus-Helmholtz-svinger

Janus-Helmholtz-svingeren kan også tilskrives Helmholtz-svingeren. Dens typiske form er at en dobbeltendet langsgående vibrator begeistrer stive sylindriske skall i begge ender, ved å bruke væskehulefrekvensen og den radielle vibrasjonsfrekvensen for å danne en dobbel resonanstopp. Hoveddelen er en langsgående vibrasjonstransduser som kan stråle på begge sider (kalt Janus-transduser). Et par sylindriske skallhulrom er plassert på utsiden av strålingshodet til Janus-transduseren, og rommet som er omsluttet av hulrommet og Janus-transduseren Helmholtz-resonanshulen dannes, som fungerer under eksitering av den langsgående vibrasjonen til Janus-transduseren. Strukturen kan fungere på dypere vann uten bruk av trykkkompenserende enheter. , Ved å bruke koblingen av resonansmodusen for væskehulrommet og den langsgående vibrasjonsmodusen, har den lavfrekvente, bredbånds-, høyeffektegenskaper, og har samtidig en relativt liten størrelse, som er egnet for bruk som en dyphavs-lavfrekvent lydkilde. IXBLUE har utviklet en rekke Janus-Helmholtz-transdusere JH250-6000, JH650-6000, etc. Arbeidsfrekvensbåndet til JH250-6000-transduseren er 200Hz-1050Hz, den totale størrelsen er Φ 2 cm, kilden er 1,0 kg, og kilden er 1,2 cm. større enn 196dB; arbeidsfrekvensbåndet til JH650-6000-svingeren er 580Hz-2020Hz, den ytre dimensjonen er Φ 45*61cm, og vekten er 90kg. Lydkildenivået er høyere enn 196dB; dens mangler er store svingninger i bandet.

 

Mange innenlandske enheter har også utført relaterte undersøkelser på Janus-Helmholtz-transdusere. Denne typen transduser har en relativt liten størrelse og vekt for å oppnå en lavfrekvent arbeidseffekt, og teoretisk sett endres ikke svingerens ytelse med dybden, og har gode applikasjonsmuligheter. Hovedproblemet er at resonansmodusen for væskehulrommet har en høy Q-verdi, noe som fører til skarpe konduktans- og responskurver nær resonanstoppen til væskehulen, noe som ikke bidrar til utformingen av det matchende nettverket og har en viss innvirkning på bredbåndsdriften. Hangzhou Institute of Applied Acoustics har forsket på problemene med JH-transdusere, og effektivt forbedret de to resonansmodus-koblingsproblemene til tradisjonelle Janus-Helmholtz-transdusere, og forbedret båndbredden og arbeidsfrekvensbåndet til transduseren. Flatheten til sendespenningsresponsen. Den produserte prototype-transduseren har et arbeidsfrekvensområde på 400~700Hz, en væskehulromstopp på 480Hz, en overføringsspenningsresponsbåndbredde (6dB) større enn 200Hz, og et maksimalt lydkildenivå på 205dB. Det relativt høyfrekvente arbeidsfrekvensområdet for prototypen er 700~1400Hz, væskehulrommets topp er 760Hz, overføringsspenningsresponsbåndbredden (6dB) er større enn 500Hz, og det maksimale lydkildenivået er 200dB.

 

2.3 Janus-Hammer Bell-svinger

 

I 2013, dypvannstransduser, som er ganske forskjellig fra den tradisjonelle JH-svingeren. Den inkluderer spesifikt en toveis utstrålende langsgående vibrasjonstransduser og et stivt sylindrisk skall, som er montert på en stiv sylinder. På middels masse. Mekanismen ligger i koblingen av den doble langsgående vibrasjonsmodusen og den toroidale modusen (to aluminiumsringer). Den langsgående vibrasjonen driver væsken i hulrommet til å vibrere, noe som får det stive sylindriske skallet til å resonere. Den langsgående modusen er koblet med den radielle modusen til skallet. For å oppnå bredbåndsstråling er nivået i båndet i utgangspunktet ikke-retningsbestemt. Bruk denne svingeren til å utføre langdistanselydforplantningseksperimentet. JHB-svingeren plasseres på kanalaksen (ca. 1000m), og 20-yuan vertikale mottaksarrayen brukes til å motta 1000km-signalet.

2.4 Overløpsringtransduser

 

Overløpsringtransduseren er en vanlig type dypvannstransdusere i mellom- og lavfrekvensbåndet. De indre og ytre overflatene på den keramiske ringen er forseglet med vanntette materialer (polyuretan eller vulkanisert gummi). Det hydrostatiske trykket på konstruksjonen er selvbalansert, og teoretisk sett er ikke arbeidsdybden begrenset av vanndybden. Samtidig kan en rimelig utforming av størrelsen på væskehulrommet til den toroidale transduseren begeistre resonanstoppen for lavfrekvent væskehulrom og kombineres med den radielle resonansen til selve toroiden for å oppnå multi-modus bredbåndsarbeidseffekter. Arbeid generelt i frekvensområdet 1kHz~10kHz. For frekvensbånd under 1kHz må det lages mosaikkringer i stor størrelse, noe som krever høy monteringsteknologi. Overløpsringtransduseren rapportert i utlandet har et arbeidsfrekvensbånd på 250Hz-1kHz og en lydkilde. Nivået er 197dB, diameteren er 1m, høyden er 1,6m, og vekten er ca. 800kg.

lan 'dyphavsakustisk tomografi latent standard', og har oppnådd foreløpige resultater, men det er fortsatt rom for ytterligere forbedringer. Arbeidsfrekvensområdet til enheten er 400Hz~550Hz, maksimal overføringsspenningsrespons er 132dB, og maksimal lydkildenivå er 182dB. Basert på de to settene med akustiske tomografiske dypvannsmål for denne svingeren, lavfrekvent (500Hz), dypt vann (1000m kanalaksedybde), langsiktig (3 måneders tjenestetid) akustisk signalutsendelse og akustisk signalmottak på den vertikale profilen på en dybde på 15000m~15000m. I bruksmodellpatentet for den påførte flekstensjonstransduseren for overløp, er stiv skumplast brukt som trykkbestandig materiale, resonansfrekvensen er 2,4 kHz og overføringsspenningsresponsen er 126dB. Harbin Engineering University foreslo i patentet 'En fase-invertert dypvanns flextension undervanns akustisk transduser'. Ved å installere halvbølgelengde inverterte rør i begge ender av IV-type flextension-transduseren, utstråles den interne strålingen til overflow-type flextensional-transduseren. Lydtrykkfasen er invertert med 180 grader, noe som justerer lydtrykkfasen inne i det bøyelige utstrålende skallet, slik at lydtrykket som utstråles fra innsiden ved dysen til det omvendte røret er i samme fase som lydtrykket som utstråles fra utsiden av det vibrerende skallet, og overvinner det tradisjonelle problemet med lav strålingseffektivitet av overløpstransduktorens flex. Gjennom denne utformingen har transduseren tre i-fase utstrålende overflater, nemlig den elliptiske plane stempelutstrålingsoverflaten i begge ender og den skallutstrålende overflaten til den flekstensjonelle transduseren, og danner en ternær i-fase matrisemodus, som muliggjør bøyningstransduksjon. Enheten danner en retningsbestemt åttetall, noe som gjør at den har egenskapene til retningsbestemt emisjon.

2.6 Gasskompensert lavfrekvent svinger

 

Det amerikanske selskapet Alliant Techsystems utviklet den ultralavfrekvente høyeffekts akustiske undervannstransduseren HX-554 for 1993-1994 Acoustic Thermometri of Ocean Climate (ATOC). Svingeren består av 10 piezoelektriske krystallstabler med lengde 1085 mm, bredde 119 mm og tykkelse 53 mm (hver krystallstabel er laget av 92 piezoelektriske keramiske firkantede plater bundet sammen, og en seksjon av passivt materiale legges til i midten av krystallbøtten). Formet struktur, med en oppblåsbar pose inni for å balansere det hydrostatiske trykket, og arbeidsdybden kan nå 1000 meter. Svingeren bruker piezoelektrisk stabelbøyningsvibrasjon for å sende ut horisontale ikke-retningsbestemte lydbølger. Resonansfrekvensen er 75Hz, arbeidsbåndbredden er 57-92Hz, og det maksimale lydkildenivået er 197dB (lydeffekt 420W, CW-puls); den totale størrelsen på svingeren er 2,06 lang. m, 0,94m i diameter, 2300kg i luft, 770kg i vann, pluss støttestruktur og oppblåsingssystem, totalvekten er 5500kg.

 

2.7 Hydrodynamisk lydkilde

Den væskedrevne lydkilden bruker hydraulisk drift for å generere vibrasjoner, og har egenskapene til ultralavfrekvent emisjon, bred arbeidsfrekvens, lang arbeidsslag og stor skyvekraft. Den hydrauliske lydkilden HLF-1 utviklet av Hydroacoustics har et arbeidsfrekvensområde på 20Hz-2kHz, lydkildenivået kan nå 196dB ved 260Hz resonans, og dens maksimale størrelse er 1m. Den utviklede HLF-4 hydrauliske lydkilden har en enkelt lydkilde med et lydkildenivå på 206dB ved en resonansfrekvens på 57Hz og en båndbredde på 14Hz. 5 lydkilder brukes til å danne en matrise, og lydkildenivået har nådd 221dB. Den ble kjent i 1991. Denne svingeren ble brukt i Heard Islands havtemperaturmålingstesten, og det akustiske signalet har en forplantningsavstand på 18 000 km.

 

3 Konklusjon

Ulike typer dypvanns-lavfrekvente transdusere har store forskjeller i størrelse, vekt og dypakustiske egenskaper. Det er umulig å møte behovene til ulike typer ekkoloddutstyr med én svinger. For eksempel har overløpsringtransduseren god ytelse. Dypvannsstabilitet, full-plassdekningsdirektivitet, bedre bredbåndseffekt, men den tilsvarende størrelsen og vekten er relativt stor; JH-svingeren oppnår lavfrekvent og bredbåndsdrift i et relativt lite volum, men dens retning endres mer med frekvensen. Store, og det er ofte dype 'daler' i frekvensbåndet, noe som har en viss innvirkning på selve brukseffekten. I henhold til de faktiske behovene til prosjektet bør det tas omfattende hensyn til kravene til egnethet, lydkildenivå, direktivitet, bredbåndsdrift, etc., og passende type dypvanns-lavfrekvent transduser bør velges.