Typer og design av akustiske undervannstransdusere(1)

Lydbølger er de eneste bærerne som mennesker har mestret for å overføre informasjon og energi over lange avstander i det store havet. folk bruker elektromagnetiske bølger for å utvikle radarer. På samme måte bruker folk lydbølger som informasjonsbærere for å utvikle seg akustisk undervannstransduser . Elektronisk utstyr for posisjonering, identifikasjon og kommunikasjonssonar. I møte med det enorme havet er Sonar-skuldre et viktig oppdrag: det er å nå ut til alle hjørner av det enorme havet, identifisere de forskjellige tingene, fortelle folk det sanne ansiktet til undervannsverdenen, hjelpe folk å utforske havets mysterier. For å bli undervannskommunikasjonsnavigasjon er de innen akvakultur, fiskeri, marin ressursutvikling, marin geologisk og geomorfologisk leting, militære våpen osv. Grunnen til at lydbølger blir den beste undervannsinformasjonsbæreren er at lydbølgene i vannmediet har den minste dempningskoeffisienten sammenlignet med andre fysiske felt som elektromagnetiske bølger som kan oppnås med lang avstand, og langdistansebølger. Denne fordelen gjør sonaren som observerer undervannet fra den første bruken av ultralydbølger. Målet begynner og fortsetter å utvikle seg. For tiden er arbeidsfrekvensområdet til ekkolodd utvidet til et bredt område. Den aktive sonaren er fra titalls hertz til flere titalls megahertz. Den lave frekvensen til passiv ekkolodd er utvidet til infralydområdet. I et så bredt frekvensbånd, ifølge regelverket. Signalformen begeistrer en viktig enhet som genererer lydbølger og sanser og mottar lydbølger i vannet uten forvrengning. Dette kalles en ekkoloddsvinger eller en sonararray. Disse enhetene er front-end-utstyret til ekkoloddsystemet. De er også «vinduet» for ekkoloddsystemet for å samhandle med og utveksle informasjon med vannmediet. De er ekkoloddsystemet, så ekkoloddtransduseren eller ekkoloddgruppen blir levende referert til som «øynene og ørene» til ekkoloddsystemet. Med den kontinuerlige utvidelsen av bruksområdet for ekkoloddteknologi, har forbedringen av militær konfrontasjon og operasjonelle behov fått nye prinsipper, nye teknologier og nytt ekkoloddutstyr har dukket opp i en endeløs strøm. Utviklingen av ny sonarteknologi har drevet den raske utviklingen av undervanns ultralydsvingerteknologi . De samme teknologiske gjennombruddene innen transdusere og utviklingen av nye materialer, nye mekanismer og nye strukturelle transdusere har også gjort sonarsystemet til et nytt utseende. Her er en kort oversikt over utviklingen av transduserteknologi, den inkluderer det nye materialet hydroakustisk transduser, ny struktur og ny mekanisme hydroakustisk transduser, ny hydrofon, bredbåndstransduserteknologi, etc.

 Nytt materiale akustisk undervannstransduser :

De ADCP piezoelektriske transdusere er en enhet som implementerer energikonvertering i et ekkoloddsystem. Det er et spesielt materiale med evne til å konvertere energi. Dette materialet kalles funksjonelt materiale. De funksjonelle materialene som brukes til å lage transduseren inkluderer hovedsakelig piezoelektriske materialer (som piezoelektriske krystaller, piezoelektriske keramikk, piezoelektriske polymerer, etc.) og magnetostriktive materialer (som nikkel, kobolt, nikkel-jernlegering, ferritt, sjeldne jordarters ferrolegering, de bruker magneto-effekten og piezo-effekten osv.), gjensidig konvertering mellom elektrisk feltenergi, magnetfeltenergi og mekanisk energi. Gjennombruddet i transduserteknologien er grunnleggende bestemt av teknologiske gjennombrudd innen funksjonelle materialer. De siste årene har de tekniske prestasjonene innen ulike felt av funksjonelle materialer også ført til utviklingen av transduserteknologi. I 1963 oppdaget Dr. Clark at de sjeldne jordartsmaterialene i lantanidserien har fantastiske magnetostriktive egenskaper, men de har ikke blitt tatt i bruk i praksis fordi curiepunktet er lavere enn romtemperatur. det ble funnet at sjeldne jordartselementer og jern sammensatt av binære, ternære eller kvaternære legeringer også har supermagnetostriktive egenskaper ved romtemperatur. Den mest representative jordlegeringen er Terfenol (komponentene Tb, Dy, Fe).

Det har blitt et nytt funksjonelt materiale som har fått mye oppmerksomhet siden 1980-tallet. ferroelektrisk enkrystallvismut magnesiumsilikatmagnat-blytitanat (PMN-PT) og blyvismutsitrat-blytitanat (PZN-PT), er en ny type kompositt perovskittkrystallmateriale, som også er en plutselig økning. En ny klasse funksjonelle materialer med lovende bruksområder. Før dette ble nikkel ofte brukt i dybdesøker-transdusermaterialer. I 1917 brukte den franske forskeren Lang Zhiwan kvartskrystall til å lage en ekkoloddsvinger, og satte en presedens for bruken av piezoelektriske materialer på ekkolodd på 1940-tallet, BaTiO med sterke piezoelektriske egenskaper. Piezokeramikk ble vellykket utviklet og brukt mye i sonarsystemer under andre verdenskrig; PZT piezoelektrisk keramikk utviklet på 1950-tallet kompenserte for Ba-TiO, keramikk med sitt brede driftstemperaturområde og utmerkede elektromekaniske konverteringseffektivitet. Manglene til det sjeldne jordlegeringsmaterialet, som en gang var det foretrukne materialet for hydroakustiske transdusere, de er større ved lave temperaturer enn ved romtemperatur, slik som Tb og Dy0 ved 77 K. Den magnetostriktive tøyningen til materialet har en maksimal verdi på 0,65 %, mens Tefenol-D har en magnetostriktiv tøyning på 0,55 % ved romtemperatur.

Om ultralyd hydroakustisk transduser, materialet i sjeldne jordmetaller er plassert i kaldluftkammeret, og sirkuleres og avkjøles av kjøleskapets kjøletårn. Det kalde gasskammeret er forsynt med et DC-forspenningsmagnetfelt og et magnetisk eksitasjonsfelt av spolen til det superledende materialet, og den magnetostriktive stangen er opphisset for å generere strekkvibrasjonen og passerer gjennom maskinen. Overgangen overføres til den stempelutstrålende overflaten, og den stempelutstrålende overflaten skyver vannmediet for å generere trykkbølgestråling. Vakuumkammeret er designet i strukturen, formålet er å isolere varmeledningen. Vakuumkammerets yttervegg er et formet trykkbestandig deksel, som tåler trykket på 10 atmosfærer. De viktigste tekniske parametrene er som følger: resonansfrekvens 430Hz, maksimalt lydkildenivå 181,4dB, effektivitet er omtrent 25%. Denne typen transdusere er komplisert i produksjonsprosessen. De siste årene er folk fortsatt villige til å bruke Terfenol-D-materialer som fungerer ved romtemperatur, forkaste noen magnetostriktive belastninger og erstatte dem med nye strukturer for å oppnå strålingsytelse. 

Det følgende er en kort introduksjon til forskningsfremgangen til flere strukturelle magnetostriktive materialer for akustisk undervannstransduser s. Den langsgående transduseren har en enkel struktur, og den magnetostriktive stangen er kombinert med det fremre strålingshodet og halemassen for å danne et endimensjonalt vibrasjonssystem. Det fremre strålingshodet er generelt et lett materiale, og halemassen er generelt et tett materiale for å oppnå en strålingsoverflate og større vibrasjonsforskyvning. To typer langsgående transdusere utviklet med Terfenol-D-materialer introduseres. Den ene er en generell langsgående transduser med en resonansfrekvens på 1200 Hz, en lydeffekt på 3 kW og en transduservekt på 60 kg. Den andre er de to endene av den sjeldne jordartsstaven. De er utformet som utstrakte dobbel-ende utstrålende langsgående transdusere med en resonansfrekvens på 400 Hz, en lydeffekt på 1,5 kW og en transduservekt på 100 kg. Om den sirkulære
ultrasoniske dybdesensortransduseren består den av en rekke sjeldne jordartsstenger som omslutter en serie av overganger av en regulær polygon, radiell vibrasjon for å oppnå høyeffekt akustisk stråling. Som utviklet en serie sjeldne jordarters lavfrekvente høyeffekts toroidale transdusere, med en resonansfrekvens på 200 Hz (indre diameter 0,56 m, ytre diameter 0,94 m, høyde 0,37 m, lydkildenivå 193 dB, vekt) 410 kg) og en transduser med et resonansnivå på 30 Hz, lydnivå på 1m 30 Hz (1m 30 Hz lydfrekvens, lydnivå på 1m30 Hz. 195dB, vekt 5t).