Technologia przetworników wektorowych akustycznych przyciągnęła wiele uwagi ze strony branży akustyki podwodnej

The podwodny przetwornik wektorowy składa się z tradycyjnego bezkierunkowego czujnika ciśnienia akustycznego i skierowanego dipolowo czujnika prędkości drgań punktowych. Może jednocześnie mierzyć ciśnienie akustyczne w punkcie pola dźwiękowego i kilka składowych ortogonalnych prędkości drgań cząstek. Informacje o amplitudzie i fazie dostarczyły nowych pomysłów na rozwiązanie niektórych podwodnych problemów akustycznych. Ze względu na faktyczną i potencjalną wartość inżynieryjną, związana z nią technologia czujników wektorowych akustycznych przyciągnęła w ciągu ostatnich dziesięciu lat wiele uwagi społeczności zajmującej się akustyką podwodną. W artykule podjęto próbę podsumowania historii rozwoju, status quo i pewnego postępu badawczego w zakresie technologii akustycznych czujników wektorowych w zakresie fizycznych podstaw, projektowania i produkcji czujników ultradźwiękowych oraz powiązanych zastosowań inżynieryjnych w ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat.

Jako nowy typ podwodnego sprzętu do pomiarów akustycznych, tzw Przetwornik wektora akustycznego może nie tylko mierzyć najczęstszą skalarną wielkość fizyczną w polu dźwiękowym – ciśnienie akustyczne, ale także bezpośrednio i synchronicznie mierzyć wektor prędkości drgań cząstek ośrodka płynnego w kartezjańskim układzie współrzędnych w tym samym punkcie pola dźwiękowego. Następujący x,,,: komponent rzutu osiowego, powszechnie stosowany w postaci trójskładnikowej i dwuskładnikowej. Strukturalnie składa się z tradycyjnego bezkierunkowego czujnika ciśnienia akustycznego i skierowanego dipolowo przetwornika prędkości cząstek. Podstawowym elementem jest przetwornik prędkości cząstek, którego czułość i stabilność działania ograniczają wektor dźwięku. Projektowanie, produkcja, przetwarzanie, montaż, kalibracja i użytkowanie czujników oraz wiele innych ogniw.

Choć w artykule ten typ czujnika określany jest mianem akustycznego przetwornika wektorowego, ma on różne nazwy w kraju i za granicą. Na przykład w Rosji przetwornik prędkości drgań cząstek nazywa się wektorem-odbiornikiem, a akustyczny czujnik wektorowy. Nazywa się to odbiornikiem kompozytowym (conlbinederceiver); w Stanach Zjednoczonych przetwornik wektora dźwięku nazywany jest także czujnikiem ciśnienia i prędkości dźwięku (czujnik ciśnienia i prędkościp), a niektóre nazywane są sondą natężenia dźwięku. Główne obszary zastosowań technologii akustycznych czujników wektorowych mogą obejmować podwodny akustyczny sonar ostrzegawczy, sonar z układem linii holowanej, sonar z układem flankowym, zapalnik dźwiękowy min, sonar do wykrywania torped, sonar multistatyczny, pozycjonowanie nawigacyjne i dystrybucję sieci czujników pojazdów podwodnych itp. W aeroakustyce akustyczny przetwornik wektorowy może być używany do wykrywania alarmów na polu bitwy dla helikopterów i samolotów stealth, identyfikacji źródła hałasu i natężenia dźwięku, pomiaru mocy akustycznej itp. Ponadto dostępny jest elektromagnetyczny przetwornik wektorowy , którego forma przetwarzania sygnału jest podobna do dźwięku podwodnego.

Technologia przetworników wektorowych akustycznych jest jednym z obszarów badań, które przyciągają wiele uwagi ze strony naukowców branży pomiarów akustyki podwodnej w ciągu ostatnich dziesięciu lat. Od klasycznych artykułów opublikowanych przez amerykańskich uczonych w połowie lat pięćdziesiątych XX wieku na temat wykorzystania czujników inercyjnych do bezpośredniego pomiaru prędkości drgań cząstek w wodzie, po pomyślny rozwój akustycznych czujników wektorowych przez naukowców z byłego Związku Radzieckiego w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych XX wieku. (hydrofon kompozytowy) Prowadzono badania nad hałasem środowiska morskiego i dopiero w latach 90. XX wieku nastąpił stopniowy rozkwit badań nad technologią akustycznych czujników wektorowych.

W 1991 roku rosyjscy uczeni opublikowali pierwszą na świecie monografię na temat technologii akustycznych czujników wektorowych „metoda wektora akustycznego-fazy”, w której kompleksowo omówiono zasady i zastosowania technologii czujników wektorów akustycznych. The American Journal of Acoustics, Vol. 89, nr 3, 1991. Natomiast w drugim numerze tomu 90 opublikowano trzy artykuły na temat badań nad akustycznymi czujnikami wektorowymi prowadzonymi przez uczonych ze Stanów Zjednoczonych i Rosji. Taka sytuacja nigdy wcześniej nie miała miejsca. Potencjalne perspektywy zastosowania tej technologii w wojsku skłoniło amerykańską Agencję Badań Marynarki Wojennej (ONR)) W 1995 r. był sponsorem Acoustic Society of America w celu zorganizowania sympozjum na temat akustycznych przetworników wektorowych i opublikował zbiór esejów zatytułowany „Akustyczne czujniki prędkości wibracji cząstek: projektowanie, wydajność i zastosowanie”, który w zasadzie odzwierciedla aktualne prace amerykańskich uczonych w tej dziedzinie, trendy badawcze, ale jak dotąd jest nadal jednym z najcenniejszych materiałów referencyjnych w tej dziedzinie i ma również ogromne znaczenie promował badania w tej dziedzinie. W 1997 roku rosyjski uczony opublikował monografię „Kompozytowy podwodny odbiornik akustyczny” s1. A, w której szczegółowo omówiono projektowanie, produkcję i kalibrację akustycznego przetwornika wektorowego.

W 2001 roku Centrum Wojny Podwodnej Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych (NUWC) zorganizowało seminarium na temat kierunkowych przetworników akustycznych i po raz pierwszy zaprosiło do udziału rosyjskich naukowców. W 2002 roku organizacja OCEANS należąca do IEEE utworzyła specjalną sieć „czujników prędkości wibracji cząstek dźwięku”, która zajmuje się projektowaniem, produkcją i eksperymentami czujników o niskiej i wysokiej częstotliwości przetwornik wektora dźwięku oraz uzyskiwanie łącznych informacji o ciśnieniu dźwięku i prędkości drgań cząstek dźwięku w dopasowaniu przetwarzania pola itp. Wszystko to odzwierciedla najnowszą sytuację badawczą. W publikacji „Ocean Vector Acoustics” opublikowanej w 2003 roku rozwinięto badania nad charakterystyką pola skalarnego ciśnienia akustycznego hałasu środowiska morskiego i zaproponowano kompletny zestaw metod opartych na przetworniku wektorowym akustycznym, obejmujący eksperymenty morskie, przetwarzanie danych i analizę teoretyczną. Chociaż pomysły projektowe nowoczesnego akustycznego przetwornika wektorowego opartego na czujnikach inercyjnych i prototypach próbek produkcyjnych pojawiły się po raz pierwszy w Stanach Zjednoczonych, w ramach aktywnej inicjatywy i promocji Rżevika i Zacharowa, Rosja musi poczynić postępy w badaniach podstawowych i badaniach aplikacyjnych technologii akustycznych czujników wektorowych. Jest dalej i została uznana za jedną z dziesięciu najlepszych podwodnych technologii akustycznych w Rosji XX wieku.

Powiązane prace domowe wywodzą się z prac badawczych nad pomiarem natężenia dźwięku hydrofonu z gradientem ciśnienia akustycznego i hydrofonem z podwójnym hydrofonem na początku lat 90-tych. Jednak bardziej szczegółowe badania rozpoczęły się po 1998 r. Eksperyment nad jeziorem Songhua w 1998 r. i próba morska Dalian w 2000 r. były pierwszymi dwoma eksperymentami terenowymi dotyczącymi technologii przetworników wektorów akustycznych w Chinach, po nich nastąpił eksperyment w zbiorniku w 2002 r. i na Morzu Wschodniochińskim w 2003 r. Autor ma zaszczyt uczestniczyć w tych eksperymentach i związanych z nimi pracach badawczych.