Wraz z rozwojem badań oceanicznych pojawiło się szerokie zapotrzebowanie na przetworniki, które mogą pracować w głębokiej wodzie. Przetworniki głębinowe montowane są najczęściej na różnego rodzaju samodzielnych platformach podwodnych, tzw
platforma może pomieścić ograniczoną objętość i wagę, a także moc zasilania, wymagany jest przetwornik niskiej częstotliwości, aby spełnić cechy małych rozmiarów, niskiej masy, wysokiej wydajności i wysokiej odporności na ciśnienie hydrostatyczne.
W artykule przedstawiono postęp badań nad przetwornikami głębinowymi niskiej częstotliwości w kraju i za granicą, w tym popularne typy przetworników, ich charakterystykę i problemy rozwojowe, w celach informacyjnych dla badaczy w
powiązane pola.196dB i waga 2800kg; Dźwięk o bardzo niskiej częstotliwości 65 Hz Maksymalny poziom źródła wynosi 203 dB, a waga 1900 kg. Jego główną wadą jest to, że jest ograniczony właściwościami konstrukcyjnymi zakrzywionej tarczy, a głębokość robocza jest trudna do osiągnięcia 1000 metrów.
2.2 Przetwornik Janusa-Helmholtza
Przetwornik Janusa-Helmholtza można również przypisać do typu przetwornika Helmholtza. Jego typową formą jest to, że dwustronny wibrator wzdłużny wzbudza sztywne cylindryczne powłoki na obu końcach, wykorzystując częstotliwość wnęki cieczy i częstotliwość drgań promieniowych, aby utworzyć podwójny szczyt rezonansowy. Główną częścią jest przetwornik drgań wzdłużnych, który może promieniować w obie strony (zwany przetwornikiem Janusa). Na zewnątrz głowicy radiacyjnej przetwornika Janusa umieszczono parę cylindrycznych wnęk skorupowych, a w przestrzeni zamkniętej przez wnękę i przetwornik Janusa powstaje wnęka rezonansowa Helmholtza, która działa pod wzbudzeniem drgań podłużnych przetwornika Janusa. Jego konstrukcja pozwala na pracę w głębszych wodach bez stosowania urządzeń kompensujących ciśnienie. , Wykorzystując połączenie trybu rezonansu wnęki cieczy i trybu wibracji wzdłużnych, ma niską częstotliwość, szerokopasmową charakterystykę dużej mocy, a jednocześnie ma stosunkowo mały rozmiar, który nadaje się do stosowania jako głębinowe źródło dźwięku o niskiej częstotliwości. IXBLUE opracowało różnorodne przetworniki Janus-Helmholtz o pełnej głębokości JH250-6000, JH650-6000 itp. Pasmo częstotliwości roboczej przetwornika JH250-6000 wynosi 200 Hz-1050 Hz, całkowity rozmiar to Φ 72*112 cm, waga to 450 kg, a poziom źródła dźwięku jest większy niż 196 dB; pasmo częstotliwości roboczej przetwornika JH650-6000 wynosi 580 Hz-2020 Hz, wymiar zewnętrzny to Φ 45*61 cm, a waga to 90 kg. Poziom źródła dźwięku jest większy niż 196 dB; jego wadą są duże wahania w paśmie.
Wiele krajowych jednostek prowadziło także badania z tym związane nad przetwornikami Janusa-Helmholtza. Ten typ przetwornika ma stosunkowo mały rozmiar i wagę, aby uzyskać efekt pracy przy niskiej częstotliwości, i teoretycznie wydajność przetwornika nie zmienia się wraz z głębokością i ma dobre perspektywy zastosowania. Głównym problemem jest to, że tryb rezonansu wnęki cieczy ma wysoką wartość Q, co prowadzi do ostrych krzywych przewodności i odpowiedzi w pobliżu szczytu rezonansu wnęki cieczy, co nie sprzyja projektowaniu sieci dopasowującej i ma pewien wpływ na działanie łącza szerokopasmowego. Instytut Akustyki Stosowanej w Hangzhou przeprowadził badania nad problemami przetworników JH i skutecznie poprawił problemy związane ze sprzężeniem dwóch trybów rezonansowych tradycyjnych przetworników Janusa-Helmholtza oraz poprawił szerokość pasma i pasmo częstotliwości roboczej przetwornika. Płaskość odpowiedzi napięcia nadawczego. Wyprodukowany prototypowy przetwornik ma zakres częstotliwości roboczej 400~700 Hz, szczytową wartość wnęki cieczy 480 Hz, szerokość pasma odpowiedzi napięciowej transmisji (6 dB) większą niż 200 Hz i maksymalny poziom źródła dźwięku 205 dB. Zakres częstotliwości roboczej prototypu stosunkowo wysokiej częstotliwości wynosi 700 ~ 1400 Hz, szczyt wnęki cieczy wynosi 760 Hz, szerokość pasma odpowiedzi napięcia transmisyjnego (6 dB) jest większa niż 500 Hz, a maksymalny poziom źródła dźwięku wynosi 200 dB.
2.3 Przetwornik Janus-Hammer Bell
W 2013 roku przetwornik głębokowodny, który znacznie różni się od tradycyjnego przetwornika JH. Zawiera w szczególności dwukierunkowy promieniujący przetwornik drgań wzdłużnych i sztywną cylindryczną osłonę zamontowaną na sztywnym cylindrze. Na średniej masie. Mechanizm polega na połączeniu trybu drgań wzdłużnych dwustronnego z trybem toroidalnym (dwa aluminiowe pierścienie). Wibracje wzdłużne wprawiają ciecz we wnęce w drgania, powodując rezonowanie sztywnej cylindrycznej powłoki. Tryb podłużny jest sprzężony z trybem promieniowym powłoki. Aby uzyskać promieniowanie szerokopasmowe, poziom w paśmie jest w zasadzie bezkierunkowy. Użyj tego przetwornika do przeprowadzenia eksperymentu z propagacją dźwięku na duże odległości. Przetwornik JHB jest umieszczony na osi kanału (około 1000 m), a pionowy układ odbiorczy za 20 juanów służy do pomyślnego odbioru sygnału na odległość 1000 km.
2.4 Przetwornik pierścieniowy przelewu
Przetwornik pierścieniowy przelewowy jest powszechnym typem przetworników głębinowych w średnich i niskich pasmach częstotliwości. Wewnętrzna i zewnętrzna powierzchnia pierścienia ceramicznego są uszczelnione materiałami wodoszczelnymi (poliuretanem lub wulkanizowaną gumą). Nacisk hydrostatyczny na konstrukcję równoważy się samoczynnie i teoretycznie głębokość robocza nie jest ograniczona głębokością wody. Jednocześnie rozsądna konstrukcja wielkości wnęki cieczy przetwornika toroidalnego może wzbudzić szczyt rezonansu wnęki cieczy o niskiej częstotliwości i połączyć się z rezonansem promieniowym samego toroidu, aby uzyskać wielomodowe efekty pracy szerokopasmowej. Generalnie pracuje w zakresie częstotliwości 1 kHz ~ 10 kHz. Dla pasm częstotliwości poniżej 1 kHz konieczne jest wykonanie pierścieni mozaikowych o dużych rozmiarach, co wymaga wysokiej technologii montażu. Zgłoszony za granicą przetwornik przelewowy pierścieniowy ma zakres częstotliwości roboczej 250 Hz-1 kHz i źródło dźwięku. Poziom wynosi 197 dB, średnica 1 m, wysokość 1,6 m, a waga około 800 kg.
lan „utajony standard głębinowej tomografii akustycznej” i osiągnął wstępne wyniki, ale nadal jest miejsce na dalsze udoskonalenia. Zakres częstotliwości roboczej urządzenia wynosi 400 Hz ~ 550 Hz, maksymalna odpowiedź napięciowa transmisji wynosi 132 dB, a maksymalny poziom źródła dźwięku to 182 dB. W oparciu o dwa zestawy celów głębinowej tomografii akustycznej łodzi podwodnej tego przetwornika, niskiej częstotliwości (500 Hz), głębokiej wody (głębokość osi kanału 1000 m), długoterminowej (3 miesiące pełnienia służby) emisji sygnału akustycznego i odbioru sygnału akustycznego na profilu pionowym na głębokości 300–1500 m. W patencie na wzór użytkowy zastosowanego przetwornika naprężenia przelewowego jako materiału odpornego na ciśnienie zastosowano sztywne tworzywo piankowe, częstotliwość rezonansowa wynosi 2,4 kHz, a odpowiedź napięciowa transmisji wynosi 126 dB. Harbin Engineering University zaproponował w patencie „Odwrócony fazowo głębinowy, podwodny przetwornik akustyczny z odwróconą fazą”. Instalując odwrócone rurki o połowie długości fali na obu końcach przetwornika zginania typu IV, promieniowane jest wewnętrzne promieniowanie przetwornika zginania typu przelewowego. Faza ciśnienia akustycznego jest odwrócona o 180 stopni, co reguluje fazę ciśnienia akustycznego wewnątrz zginanej osłony promieniującej, tak aby ciśnienie akustyczne wypromieniowane od wewnętrznej strony przy dyszy odwróconej rury było w tej samej fazie, co ciśnienie akustyczne wypromieniowane z zewnątrz wibrującej powłoki, przezwyciężając tradycyjny problem niskiej wydajności promieniowania przetwornika zginania typu przelewowego. Dzięki tej konstrukcji przetwornik ma trzy powierzchnie promieniujące w fazie, mianowicie eliptyczną powierzchnię promieniującą tłoka na obu końcach i powierzchnię promieniującą płaszcza przetwornika zginania, tworząc trójskładnikowy tryb matrycy w fazie, który umożliwia przenoszenie zginania. Urządzenie tworzy kierunkowość ósemkową, co sprawia, że posiada charakterystykę emisji kierunkowej.
2.6 Przetwornik niskiej częstotliwości z kompensacją gazową
Amerykańska firma Alliant Techsystems opracowała podwodny przetwornik akustyczny o bardzo niskiej częstotliwości i dużej mocy HX-554 na potrzeby termometrii akustycznej klimatu oceanicznego (ATOC) w latach 1993–1994. Przetwornik składa się z 10 stosów kryształów piezoelektrycznych o długości 1085 mm, szerokości 119 mm i grubości 53 mm (każdy stos kryształów składa się z 92 piezoelektrycznych ceramicznych kwadratowych płytek połączonych ze sobą, a na środku stosu kryształów dodano sekcję materiału pasywnego) umieszczonych w wiadrze. Ukształtowana konstrukcja z nadmuchiwaną torbą wewnątrz, aby zrównoważyć ciśnienie hydrostatyczne, a głębokość robocza może osiągnąć 1000 metrów. Przetwornik wykorzystuje drgania zginające stos piezoelektryczny do emisji poziomych, bezkierunkowych fal dźwiękowych. Częstotliwość rezonansowa wynosi 75 Hz, szerokość robocza 57-92 Hz, a maksymalny poziom źródła dźwięku to 197 dB (moc akustyczna 420 W, impuls CW); całkowity rozmiar przetwornika wynosi 2,06 długości. m, średnica 0,94 m, 2300 kg w powietrzu, 770 kg w wodzie, plus konstrukcja wsporcza i system pompowania, całkowita waga wynosi 5500 kg.
2.7 Hydrodynamiczne źródło dźwięku
Źródło dźwięku napędzane płynem wykorzystuje napęd hydrauliczny do generowania wibracji i charakteryzuje się emisją o bardzo niskiej częstotliwości, szeroką częstotliwością roboczą, długim skokiem roboczym i dużym ciągiem. Hydrauliczne źródło dźwięku HLF-1 opracowane przez Hydroacoustics ma zakres częstotliwości roboczej 20 Hz-2 kHz, poziom źródła dźwięku może osiągnąć 196 dB przy rezonansie 260 Hz, a jego maksymalny rozmiar to 1 m. Opracowane hydrauliczne źródło dźwięku HLF-4 posiada pojedyncze źródło dźwięku o poziomie źródła dźwięku 206 dB przy częstotliwości rezonansowej 57 Hz i szerokości pasma 14 Hz. Do utworzenia matrycy wykorzystano 5 źródeł dźwięku, a poziom źródła dźwięku osiągnął 221 dB. Zasłynął w 1991 roku. Przetwornik ten został użyty w teście pomiaru temperatury oceanu na Wyspie Heard, a sygnał akustyczny ma odległość propagacji 18 000km.
3 Wniosek
Różne typy głębinowych przetworników nadawczych o niskiej częstotliwości różnią się znacznie pod względem wielkości, wagi i charakterystyki głębokiej akustyki. Za pomocą jednego przetwornika nie da się zaspokoić potrzeb różnych typów sprzętu sonarowego. Na przykład przetwornik pierścieniowy przelewu ma dobrą wydajność. Stabilność w głębokiej wodzie, kierunkowość pokrycia całej przestrzeni, lepszy efekt szerokopasmowy, ale odpowiedni rozmiar i waga są stosunkowo duże; Przetwornik JH umożliwia pracę w niskich częstotliwościach i w trybie szerokopasmowym przy stosunkowo małej głośności, ale jego kierunkowość zmienia się bardziej wraz z częstotliwością. Duże i często głębokie „doliny” w paśmie częstotliwości, co ma pewien wpływ na rzeczywisty efekt użytkowania. W zależności od rzeczywistych potrzeb projektu należy kompleksowo rozważyć wymagania dotyczące przydatności, poziomu źródła dźwięku, kierunkowości, działania szerokopasmowego itp. i wybrać odpowiedni typ głębinowego przetwornika nadawczego o niskiej częstotliwości.
