Forskningsfremgang og utviklingsmuligheter for akustisk transduserteknologi under vann(2

 Forskningsfremgang for dypvannstransdusere

 

Deep-sea space er de nye dominerende høydene i nåværende maritime militærkonkurranse. Et av landets marine strategiske mål er å bevege seg mot dyp blå. Utviklingen av dyphavsakustisk utstyr fremmer kontinuerlige gjennombrudd innen dypvannstransduserforskning. Blant lavfrekvente transdusere introdusert i avsnitt 1.1 i denne artikkelen, er den buede skive-transduseren og rør-stråle-koblingsring-transduseren med overløpshulromstruktur også designeksempler på dypvannstransdusere. Jeg skal ikke gjenta dem her, men introdusere noen typiske. De nye forskningsresultatene for dypvannstransdusere.

 

Figur 7a viser de to viktigste Helmholtz undervanns akustiske transduserstrukturer ved bruk av endeeksitasjon og mellomeksitasjon. Teoretisk studie av resonansfrekvensen til væskehulrommet under elastiske veggforhold utføres. Figur 7b viser den utformede lavfrekvente bredbåndstransduseren med flere hulrom som bruker overløpsrørsvinger som eksitasjonskilde. Janus-Helmholtz-transduseren med lav frekvens og høy effekt designet i fig. 7c; det er også ved å forlenge hulromssylinderen til Janus-Helmholtz-transduseren mot fronten av stempelstrålingen, et nytt væskehulrom dannes ved munningen av Janus-radiatoren. Janus-Helmholtz-transduseren med flere hulrom (Figur 7d) gjør at transduseren kan ha et bredere arbeidsfrekvensbånd. Figur 7e viser den konstruerte overløpsring dypvannstransduseren for akustisk undervannskommunikasjon. Designet utnytter koblingseffekten av resonans i væskehulrom og radiell vibrasjon i sirkulær ring for å oppnå bredbåndsdriftsegenskaper. Figur 7f viser den konstruerte halvromsdirektiviteten til overløpsringen for dypvannsbredbåndstransduseren. Metallbasen brukes til å forbedre transduserens vertikale retning og undertrykke den bakre strålingen. Dypvannsbredbåndslengdetransduseren designet i figur 7g. Svingeren bruker koblingen av langsgående vibrasjon og frontdekselbøyningsvibrasjon for å oppnå bredbåndsdrift. Svingeren er innkapslet i et trykkbestandig hus av titanlegering, og huset og transduseren er fylt med silikonolje. , Gjennom trykkbalanseenheten for å oppnå dypvannsarbeid.

 

Figur 7 Dypvannstransduser

1.4 Forskningsfremgang for vektorhydrofon

Med folks dype oppmerksomhet til vektorinformasjonen til lydfeltet og viktigheten av vektorhydrofonforskning , vektorhydrofonteknologi fortsetter å utvikle seg og har blitt en av de internasjonale forskningshotspotene de siste årene. I det 21. århundre er mitt lands forskning på vektorhydrofonapplikasjoner den mest aktive. I følge de statistiske resultatene på slutten av 2014 kom nesten halvparten av de akademiske prestasjonene innen internasjonale vektorhydrofoner og deres søknader fra mitt land. Her er en kort introduksjon til den nylige forskningsfremgangen for vektorhydrofoner.

 

Den typiske strukturen til en vektorhydrofon er en co-modus. Co-mode vektorhydrofonen er laget ved å kapsle inn treghetsfølsomme elementer (vibrasjonsakselerometre, hastighetsmålere, etc.) i et sfærisk eller sylindrisk skall. Dens arbeidsprinsipp er basert på egenskapene til en stiv kule eller sylinder som gjør en oscillerende bevegelse under påvirkning av et lydfelt, og er generelt designet for null oppdrift (Figur 8a). Teorien og teknologien på dette området er relativt moden. I dag brukes nye typer piezoelektriske enkrystallmaterialer PMNT og PZNT for å redusere volumet på hydrofonen, øke følsomheten og redusere selvstøyen. Vektorhydrofoner brukes hovedsakelig i landbaserte arrays, slept arrays og side arrays. Lavfrekvente vektorhydrofoner brukes også i støymålinger i marine miljø, nedsenkbare/bøye og andre systemer.

Figur 8 Vektorhydrofon

Figur 8b er en samvibrerende kolonnevektorhydrofon som kan installeres fast. Dets grunnleggende prinsipp har ikke endret seg. I strukturen er opphengsrammen erstattet av en monteringsstang, og opphengsfjæren endres til en gummifjær. Bruksscenarioet for denne strukturen kan utvides til fast installasjon på plattformholderen.

 

Med utviklingen av mikro-elektromekanisk prosesseringsteknologi (MEMS), har MEMS-teknologi blitt brukt til design og utvikling av vektorhydrofoner. MEMS-teknologi kan integrere mikroelektroniske komponenter som sensitive enheter, kontrollkretser, støysvake matchende kretser og samplingsforbehandlingsmoduler. I den ene blir det akustiske signalet konvertert til et elektrisk signal. En typisk arbeidsmodus er å bruke en mikroakselerasjonssensor som et følsomt element (Figur 8c), bruke prinsippet om piezoresistiv effekt av enkeltkrystallsilisium for å designe en sensitiv brikke, og utvikle en 3-dimensjonal samvibrasjonssylindrisk kompositt MEMS vektorhydrofon. En annen arbeidsmodus er basert på prinsippet om bionikk, som imiterer prinsippet til fiskens mekaniske sensorceller på siden for å registrere vannbevegelser, og designet en MEMS piezoresistiv vektorhydrofon (Figur 8d).

 

Optisk fiberhydrofon er en av de vellykkede anvendelsene av optisk fibersensorteknologi innen undervannsakustikk. Den viser de tekniske egenskapene til høy følsomhet, lav støy, stort dynamisk område og anti-interferens. De siste årene har det også vært mye brukt i vektorhydrofoner. Forskere har designet og utviklet en fiberoptisk vektorhydrofon. Figur 8e er en tredimensjonal sylindrisk fiberoptisk vektorhydrofon. Basert på Bragg-gitteret er akselerasjonsfølerenheten og lydtrykkfølerenheten designet, og lydtrykk-vibrasjonshastighetsvektorhydrofonen er utviklet. Figur 8f er en 3D sfærisk fibervektorhydrofon. Basert på det full polarisasjonsvedlikeholdende fiberinterferenssystemet, er det utviklet en 3D ortogonal dor interferometrisk fibervektorhydrofon, som har en kompakt struktur og lydsenteret faller sammen på ett punkt.

 

Forskningsfremgangen for lavfrekvente transdusere, høyfrekvente bredbåndstransdusere, dypvannstransdusere og vektorhydrofoner. Selv om dataene som samles inn ikke er uttømmende, er de ganske typiske og representative. Den skildrer i utgangspunktet grenselinjen for utviklingen av mitt lands akustiske undervannstransdusere. Sammenlignet med det ikoniske innovasjonsarbeidet på transdusere i forskjellige perioder i verden, er en betydelig del av det innovative designarbeidet i mitt land flere år eller til og med mer enn ti år senere enn det internasjonale banebrytende teknologinivået.

 

Den største drivkraften for utviklingen av mitt lands hydroakustiske transdusere kommer fra applikasjonskravene innen hydroakustisk teknologi. I en periode hvor mitt lands økonomiske styrke og vitenskapelige og teknologiske styrke er relativt svak, er denne utviklingsmetoden den mest effektive, men etter lang tid vil det være åpenbare historiske spor, noe som resulterer i usystematiske disipliner, ufullstendige produktserier, og teoretisk fundament. Situasjonen med upålitelig, ufullkommen spesialisert teknologi, uholdbar profesjonell støtte og ustabilt talentteam.

 

Når det gjelder dypvannstransduserteknologi, har noen store marine land allerede hatt mange modne teknologier og serier av produkter på 1900-tallet. Noe sivilt dyphavsakustisk utstyr kan også eksporteres til mitt land. Etterspørselen etter dyphavsekkoloddteknologi i mitt land var imidlertid fortsatt ikke sterk før på slutten av 1900-tallet. Dypvannstransduserteknologi var nesten i blank tilstand på den tiden. De siste årene har landet økt investeringene og lagt vekt på forskning av grunnleggende teorier og grunnleggende kjerneenheter. Nye prestasjoner innen akustiske undervannstransdusere har dukket opp, tekniske evner har blitt forbedret år for år, og teknologisk fremgang har vært bemerkelsesverdig. Noen av forskningsresultatene som er listet opp i forrige artikkel er synkronisert med det internasjonale grensenivået, men den overordnede synkroniseringen og det omfattende parallelle utviklingsmomentumet er langt fra å dannes, spesielt i de historisk korte og svake transduserteknologiretningene og nye teknologiske prestasjoner. Det er bare sjeldent, og produktytelsen er fortsatt veldig svak.