Rodzaje i konstrukcje podwodnych przetworników akustycznych(1)

Fale dźwiękowe to jedyne nośniki, jakie człowiek opanował do przesyłania informacji i energii na duże odległości w rozległym morzu. ludzie wykorzystują fale elektromagnetyczne do opracowywania radarów. Podobnie ludzie wykorzystują fale dźwiękowe jako nośniki informacji do rozwoju podwodny przetwornik akustyczny . Sprzęt elektroniczny do sonaru pozycjonującego, identyfikacyjnego i komunikacyjnego. W obliczu rozległego oceanu ramiona Sonaru pełnią ważną misję: ma dotrzeć do wszystkich zakątków rozległego morza, zidentyfikować różne rzeczy, pokazać ludziom prawdziwe oblicze podwodnego świata, pomóc ludziom zgłębić tajemnice oceanu. Aby stać się podwodną nawigacją komunikacyjną, zajmują się akwakulturą, rybołówstwem, rozwojem zasobów morskich, morskimi badaniami geologicznymi i geomorfologicznymi, bronią wojskową itp. Powodem, dla którego fale dźwiękowe stają się najlepszym podwodnym nośnikiem informacji, jest to, że fale dźwiękowe w ośrodku wodnym mają najmniejszy współczynnik tłumienia w porównaniu z innymi polami fizycznymi, takimi jak fale elektromagnetyczne, i można uzyskać propagację na duże odległości. Tę zaletę sprawia, że ​​sonar obserwujący podwodne obszary już od pierwszego użycia fal ultradźwiękowych. Cel zaczyna się i rozwija. Obecnie zakres częstotliwości roboczej sonaru został rozszerzony do szerokiego zakresu. Aktywny sonar ma częstotliwość od kilkudziesięciu herców do kilkudziesięciu megaherców. Niska częstotliwość sonaru pasywnego została rozszerzona na zakres infradźwięków. W tak szerokim paśmie częstotliwości, zgodnie z przepisami. Forma sygnału pobudza ważne urządzenie, które generuje fale dźwiękowe oraz wykrywa i odbiera fale dźwiękowe w wodzie bez zniekształceń. Nazywa się to przetwornikiem sonaru lub układem sonaru. Urządzenia te stanowią wyposażenie czołowe systemu sonarowego. Stanowią także „okno” umożliwiające interakcję systemu sonarowego i wymianę informacji z ośrodkiem wodnym. Stanowią system sonaru, dlatego przetwornik sonaru lub układ sonaru jest obrazowo określany jako „oczy i uszy” systemu sonaru. Wraz z ciągłym poszerzaniem zakresu zastosowań technologii sonarowej, ulepszaniem konfrontacji militarnej i potrzeb operacyjnych, pojawiły się nowe zasady, nowe technologie i nowy sprzęt sonarowy, które pojawiły się w nieskończonym strumieniu. Rozwój nowej technologii sonarowej spowodował szybki rozwój podwodnego przetwornika ultradźwiękowego . technologia Te same przełomy technologiczne w dziedzinie przetworników oraz rozwój nowych materiałów, nowych mechanizmów i nowych przetworników strukturalnych nadały także nowy wygląd systemowi sonarowemu. Oto krótki przegląd rozwoju technologii przetworników, obejmujący nowy materiałowy przetwornik hydroakustyczny, nową konstrukcję i nowy mechanizm przetwornika hydroakustycznego, nowy hydrofon, technologię przetwornika szerokopasmowego itp.

 Nowy materiał podwodny przetwornik akustyczny :

The Przetworniki piezoelektryczne ADCP to urządzenie realizujące konwersję energii w systemie sonarowym. Istnieje specjalny materiał posiadający zdolność konwersji energii. Materiał ten nazywany jest materiałem funkcjonalnym. Materiały funkcjonalne użyte do wykonania przetwornika obejmują głównie materiały piezoelektryczne (takie jak kryształy piezoelektryczne, ceramika piezoelektryczna, polimery piezoelektryczne itp.) i materiały magnetostrykcyjne (takie jak nikiel, kobalt, stop niklu i żelaza, ferryt, żelazostop metali ziem rzadkich itp.). Wykorzystują one efekt piezoelektryczny i efekt magnetostrykcyjny, aby zrealizować wzajemną konwersję energii pola elektrycznego, energii pola magnetycznego i energii mechanicznej. Przełom w technologii przetworników jest zasadniczo zdeterminowany przełomami technologicznymi w materiałach funkcjonalnych. W ostatnich latach osiągnięcia techniczne w różnych dziedzinach materiałów funkcjonalnych przyczyniły się również do rozwoju technologii przetworników. W 1963 roku dr Clark odkrył, że metale ziem rzadkich z serii lantanowców mają niesamowite właściwości magnetostrykcyjne, ale nie zostały one zastosowane w praktyce, ponieważ temperatura Curie jest niższa niż temperatura pokojowa. stwierdzono, że pierwiastki ziem rzadkich i żelazo złożone ze stopów binarnych, trójskładnikowych lub czwartorzędowych mają również właściwości supermagnetostrykcyjne w temperaturze pokojowej. Najbardziej reprezentatywnym stopem ziem jest Terfenol (składniki Tb, Dy, Fe).

Stał się nowym materiałem funkcjonalnym, któremu od lat 80. XX wieku poświęcano wiele uwagi. Ferroelektryczny monokrystaliczny bizmut krzemian magnezu i tytanian ołowiu (PMN-PT) i cytrynian bizmutu i tytanian ołowiu (PZN-PT), to nowy rodzaj kompozytowego materiału krystalicznego perowskitu, który również jest nagłym wzrostem. Nowa klasa materiałów funkcjonalnych o obiecujących zastosowaniach. Wcześniej nikiel był powszechnie stosowany w materiałach przetworników głębokościomierza. W 1917 roku francuski naukowiec Lang Zhiwan użył kryształu kwarcu do wykonania przetwornika sonaru, ustanawiając precedens dla zastosowania w latach czterdziestych XX wieku w sonarze materiałów piezoelektrycznych, BaTiO o silnych właściwościach piezoelektrycznych. Ceramika piezoelektryczna została pomyślnie opracowana i szeroko stosowana w systemach sonarowych podczas drugiej wojny światowej; Ceramika piezoelektryczna PZT opracowana w latach pięćdziesiątych XX wieku kompensowała Ba-TiO, ceramikę o szerokim zakresie temperatur pracy i doskonałej wydajności konwersji elektromechanicznej. Wady materiału stopowego metali ziem rzadkich, który był kiedyś preferowanym materiałem na przetworniki hydroakustyczne, są większe w niskich temperaturach niż w temperaturze pokojowej, takie jak Tb i Dy0 w temperaturze 77 K. Odkształcenie magnetostrykcyjne materiału ma maksymalną wartość 0,65%, podczas gdy Tefenol-D ma odkształcenie magnetostrykcyjne 0,25% w temperaturze pokojowej.

Informacje o ultradźwiękowym przetworniku hydroakustycznym. Pręt ze stopu metali ziem rzadkich jest umieszczany w komorze zimnego powietrza i jest cyrkulowany i chłodzony przez wieżę chłodniczą lodówki. Komora zimnego gazu jest wyposażona w pole magnetyczne polaryzacji prądu stałego i pole magnetyczne wzbudzenia przez cewkę materiału nadprzewodzącego, a pręt magnetostrykcyjny jest wzbudzany w celu wytworzenia wibracji rozciągających i przechodzi przez maszynę. Przejście jest przenoszone na powierzchnię promieniującą tłoka, a powierzchnia promieniująca tłoka popycha ośrodek wodny w celu wygenerowania promieniowania fali ciśnienia. W konstrukcji zaprojektowano komorę próżniową, której zadaniem jest odizolowanie przewodzenia ciepła. Zewnętrzną ścianę komory próżniowej stanowi ukształtowana, odporna na ciśnienie pokrywa, która wytrzymuje ciśnienie 10 atmosfer. Główne parametry techniczne to: częstotliwość rezonansowa 430 Hz, maksymalny poziom źródła dźwięku 181,4 dB, sprawność około 25%. Ten typ przetwornika jest skomplikowany w procesie wytwarzania. W ostatnich latach ludzie nadal chętnie korzystają z materiałów zawierających terfenol-D, które działają w temperaturze pokojowej, rezygnując z niektórych naprężeń magnetostrykcyjnych i zastępując je nowymi strukturami w celu uzyskania wydajności radiacyjnej. 

Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do postępu badań kilku strukturalnych materiałów magnetostrykcyjnych podwodny przetwornik akustyczny s. Przetwornik wzdłużny ma prostą konstrukcję, a pręt magnetostrykcyjny połączony jest z przednią głowicą radiacyjną i masą ogonową, tworząc jednowymiarowy układ wibracyjny. Przednia głowica radiacyjna jest na ogół lekkim materiałem, a masa tylna jest na ogół gęstym materiałem, aby uzyskać powierzchnię promieniowania i większe przemieszczenie wibracji. Wprowadzono dwa rodzaje przetworników podłużnych opracowanych z materiałów Terfenol-D. Jednym z nich jest ogólny przetwornik wzdłużny o częstotliwości rezonansowej 1200 Hz, mocy akustycznej 3 kW i wadze przetwornika 60 kg. Drugi to dwa końce pręta ziem rzadkich. Zaprojektowano je jako rozszerzone, dwustronne promieniujące przetworniki wzdłużne o częstotliwości rezonansowej 400 Hz, mocy akustycznej 1,5 kW i masie przetwornika 100 kg. Okrągły
ultradźwiękowy przetwornik czujnika głębokości składa się z szeregu prętów ziem rzadkich otaczających foremny wielokąt oraz szeregu okrągłych powierzchni wzbudzanych przez element przejściowy w celu uzyskania wibracji promieniowych w celu uzyskania promieniowania akustycznego o dużej mocy. Który opracował serię przetworników toroidalnych dużej mocy i niskiej częstotliwości ziem rzadkich, o częstotliwości rezonansowej 200 Hz (średnica wewnętrzna 0,56 m, średnica zewnętrzna 0,94 m, wysokość 0,37 m, poziom źródła dźwięku 193 dB, waga) 410 kg) i przetwornik o częstotliwości rezonansowej 30 Hz (średnica 2 m, wysokość 1,1 cala, poziom źródła dźwięku 195 dB, waga 5t).