Noile evoluții piezoceramica utilizate în traductoarele sonar subacvatice(2)

Pentru a îmbunătăți performanța de detectare a sonarului pasiv, cercetările au dezvoltat un hidrofon vectorial care poate recepționa și utiliza parametrii scalari (presiunea sonoră) și parametrii vectoriali (viteza de vibrație) în câmpul sonor, utilizând pe deplin informațiile din câmpul sonor. Hidrofoanele vectoriale și tehnologiile corespunzătoare de procesare a semnalului se numără printre noile tehnologii care sunt în prezent dezvoltate la nivel internațional. aplicarea hidrofoanelor vectoriale în sistemul SURTASS rezolvă problema blur-ului din stânga și din dreapta. Se folosește matricea de linii de tragere a hidrofonului vectorial pentru a studia sistematic atitudinea, viteza de tragere și zgomotul de curgere al hidrofonului vectorial pentru a detecta hidrofonul vectorial. Dezvoltarea hidrofoanelor vectoriale a realizat practic serializarea structurală și utilitatea funcțională care poate îndeplini diferite cerințe de inginerie. Un număr de unități au început cercetările în acest domeniu. După un deceniu de cercetare și introducere a tehnologiei, au început, de asemenea, să se îndrepte către stadiul practic al ingineriei. În ceea ce privește forma structurală, hidrofonul cu gradient de presiune acustică este numit și hidrofon cu viteză de vibrație și poate fi împărțit într-un hidrofon dublu cu presiune sonoră, un tip de presiune diferențială și un tip sferic de omogenizare. Piezoceramica piezoelectrică emisferă este fixată pe carcasa exterioară, iar presiunea este fixă. Placa electrică este supusă vibrațiilor de încovoiere sub acțiunea unui gradient de presiune acustică în direcția grosimii acesteia. Componentele sensibile sunt plasate în trei direcții ortogonale și au același centru de fază, care constituie un hidrofon vectorial tridimensional. După ce hidrofonul de presiune acustică și hidrofonul vector sunt integrate structural, întregul este sferic, iar flotabilitatea în apa mării este zero. Este construit hidrofonul vector compozit cu aceeași vibrație (denumit în continuare hidrofon vectorial) și semnalele de ieșire ale celor două sunt procesate. Hidrofonul vector de co-vibrație nu atinge apa, iar senzorul răspunde la pulsația generală a senzorului, necesitând instalare gratuită. De exemplu, hidrofon vectorial cu un interval de frecvență de funcționare de la 20 Hz la 6000 Hz și Mp =-180 dB. Pe lângă hidrofonul vector de co-vibrație, există și un tip de presiune diferențială. Hidrofonul vector de presiune diferențială intră în contact cu apa medie și nu răspunde la mișcarea generală a senzorului, ci și la domeniul de înaltă frecvență. Direcționalitatea hidrofonului vectorial este sub formă de cosinus. Ascuțirea unidirecțională a fasciculului și rotația electronică a fasciculului pot fi realizate pentru a obține orientarea. Frecvența de funcționare a vectorului hidrofon poate varia de la câteva sute de herți până la câteva zeci de kiloherți. După procesarea semnalului, fluxul de energie sonoră poate suprima zgomotul cu 10-20 dB în comparație cu energia semnalului presiunii sonore. Hidrofonul cu un singur vector are o precizie de orientare de ±2° și poate fi de până la 1° după un tratament special.

Traductor din ceramică piezoelectrică

Încă din 1978, se propune o fază piezo-ceramică și un material structural legat în faza polimerică. Acest material are un coeficient hidrostatic piezoelectric deosebit de mare în comparație cu ceramica piezoelectrică și este mult mai mare decât ceramica piezoelectrică PZT, făcându-l ideal pentru aplicații în apă adâncă. Impedanța sa caracteristică este mică, se potrivește ușor cu apa, lățimea de bandă de frecvență, iar caracteristicile sale pot fi, de asemenea, ajustate prin schimbarea proporției de ceramică piezo. Până acum, au fost dezvoltate zeci de materiale piezoelectrice compozite. Printre acestea, materialele compozite în două faze 222, 123 și 023, 321 sunt în general considerate a fi cea mai promițătoare conversie sonar viitoare. Materialul compozit 023, care este fabricat din material de pulbere ceramică și cauciuc, este numit cauciuc piezoelectric. Are moliciunea și flexibilitatea cauciucului, care este de 20 de ori mai mare decât a ceramicii piezoelectrice obișnuite, ceea ce este echivalent cu PVDF. Aceste avantaje îl fac potrivit pentru hidrofoane de suprafață. Cauciucul piezoelectric este ușor de realizat cu o grosime de câțiva milimetri, ceea ce este avantajul său față de PVDF. De asemenea, au fost efectuate cercetări asupra materialelor piezoelectrice compozite nanostructurate. Este un proces în care ceramica piezoelectrică este prelucrată și apoi infuzată în materiale piezoelectrice compozite. O altă metodă este procesarea ceramicii piezoelectrice în pulberi. Apoi este sinterizat și format cu alte materiale. Acest domeniu este în prezent în studiu. Materials Systems a dezvoltat cu succes un modul hidrofon compozit la scară largă, cu o dimensiune standard de 250 × 250 mm. De asemenea, a dezvoltat un model 123 Matrice de traductoare compozite piezoelectrice pentru utilizare în noua colecție de torpile electrice ușoare și baze vocale. A dezvoltat, de asemenea, o coloană piezo ceramică cu 123 de conexiuni și un modul hidrofon cu element compozit epoxidic de suprafață, dimensiunea este de 100 × 180 mm și constituie un matrice de linii cu fața largă de 18 elemente cu o lungime a matricei de 1,96000 mm și lățime de 1,9600 mm. Următoarea sensibilitate în bandă largă este mai mare de -190dB, iar fluctuația este mai mică de 2dB. Atât teoria, cât și experimentul demonstrează că materialul compozit poate crește răspunsul la emisie și sensibilitatea de recepție cu 3dB ~ 5dB datorită efectului de supraîncărcare al materialului polimeric. După adăugarea capacului dur, efectul este mai evident și poate fi îmbunătățit cu 10dB.

Pentru a îmbunătăți capacitatea de interferență a zgomotului de turbulență a suprafeței anti-navă a sonarului din matricea laterală a navei, în sonarul din matricea laterală a navei este utilizat un hidrofon cu suprafață mare, în funcție de caracteristicile razei legate de zgomot. Filmul piezoelectric PVDF este un material piezoelectric ideal pentru realizarea hidrofoanelor cu suprafață mare. Are o textură ușoară, flexibilă și ușor de realizat o formă curbată. A fost produs un hidrofon cu suprafață mare cu o peliculă PVDF cu o suprafață de 200 × 300 × 0,2 mm, iar sensibilitatea este de aproximativ -200 dB în intervalul de frecvență de la câteva sute de herți până la 4 kHz. Pe lângă filmele piezoelectrice PVDF, în anii 1990, a fost dezvoltat un nou material de film piezoelectric PVDF-TrFE (VF2). care este un copolimer polimer feroelectric format din fluorură de poliviniliden (PVDF) și politrifluoretilenă (TrFE) și este o modificare electronică a radiațiilor. Acest nou material are potențialul de a rezolva problemele de temperatura și stabilitatea presiunii ale filmelor piezoelectrice PVDF și problemele modului lateral, iar sensibilitatea este, de asemenea, ușor îmbunătățită.

Din 1997 până în 2000, Institutul de Ceramică și Universitatea Xi'an Jiaotong au dezvoltat succesiv un fel de material electric cu un singur cristal cu tensiune de fier relaxat, denumit PMN2PT și PZN2PT. Acest material are o îmbunătățire mai mare a densității de stocare a energiei, coeficientului de cuplare electromecanic, constantă dielectrică și altele asemenea decât ceramica piezoelectrică obișnuită și are polarizare reziduală și nu necesită o polarizare DC. Sunt indicați parametrii de performanță ai PMN2PT. A fost evaluată drept o descoperire rară și interesantă în deceniul de la apariția ceramicii piezoelectrice în anii 1950 de reviste precum SCIENCE și NATURE. Cu toate acestea, există încă deficiențe, cum ar fi rezistența mecanică scăzută la tracțiune și diverse complexități cu temperatură, frecvență și câmp electric, iar costul este prea mare. Este realizat un traductor de înaltă putere îndoit de joasă frecvență de tip IV, care este cu 5 dB mai mare decât traductorul cu aceeași structură din material PZT28. O parte a corpului feroelectric al PMN2X are nevoie de un câmp electric polarizat în curent continuu pentru a fi utilizată ca material care emite putere mare.