Noile evoluții piezoceramice utilizate în traductoarele sonarului subacvatic

Traductorul este o parte importantă a sonarului. Din perspectiva istoriei hidroacusticii, fiecare pas al dezvoltării acusticii subacvatice este inseparabil de dezvoltarea tehnologiei traductoarelor. Deoarece traductoarele hidroacustice joacă un rol cheie în ingineria acustică subacvatică, multe țări dezvoltate au investit enorm în cercetare. Din istoria dezvoltării echipamentelor acustice subacvatice, de la începutul primului război mondial, traductorul de tip Langevin format din s-au folosit cristale ceramice piezoelectrice și mase metalice. După multe înlocuiri de produse, traductoarele au fost folosite. Performanța a fost mult îmbunătățită. În ultimele două sau trei decenii, datorită cererii militare, dezvoltării rapide a științei și tehnologiei, dezvoltării și aplicării continue de noi materiale pentru traductoare și aplicarea analizei elementelor piezo finite în proiectarea traductoarelor, cercetarea traductoarelor. Pe baza teoriei clasice și a metodelor analitice, au apărut multe concepte și metode noi. Traductorul acustic subacvatic se confruntă cu o nouă rundă de înlocuire a produsului. Traductor diluat magnetostrictiv gigant, traductor piezo-ceramic electrostrictiv de înaltă performanță, hidrofon vectorial, traductor compozit piezoelectric, hidrofon PVDF cu frecvență mare de joasă frecvență, hidrofon cu fibră optică etc. Reprezintă cele mai recente evoluții în cercetarea traductoarelor. Din acest aspect, acest articol așteaptă cu nerăbdare cele mai recente dezvoltări ale traductoarelor sonar subacvatice.

traductor magnetostrictiv gigant

În anii 1970, AE Clark a descoperit că aliajele de pământuri rare au proprietăți super magnetostrictive. Aceste tulpini maxime cauzate de efectele magnetostrictive sunt de 6 până la 20 de ori mai mari decât cele ale Traductor cu tub piezoelectric utilizat în traductoarele acustice subacvatice, iar densitatea energiei este de aproximativ 10 până la 20 de ori, iar viteza sunetului este de numai 2/3 până la 3/4 din ceramica piezoelectrică, iar comparația performanței dintre materialul de pământuri rare Terfenol2D și materialul piezoelectric convențional PZT-8 și nichel este dată. Prin urmare, în aceleași condiții de volum, traductorul hidroacustic Terfenol2D are o frecvență de rezonanță care este cu 2/3 până la 3/4 mai mică decât frecvența de rezonanță a traductorului hidroacustic ceramic piezoelectric. Deoarece traductorul fabricat din material magnetostrictiv gigant din pământuri rare Terfenol2D are caracteristicile unei puteri de transmisie mari, volum mic, greutate ușoară și mediu cu temperatură ridicată, este obținut în dezvoltarea traductorului acustic subacvatic de mare putere de frecvență joasă-frecvență foarte joasă. Atenție și aplicare adecvate. În anii 1980, țările dezvoltate au dezvoltat diverse traductoare cu pământuri rare și le-au aplicat în domeniul militar. Suedia a dezvoltat cu succes traductoare curbe cu pământuri rare cu o putere sonoră de 151 kW pentru mine. China a început cercetările în anii 1990, dar a făcut progrese rapide. Ei au dezvoltat cu succes traductoare de încovoiere cu pământuri rare, traductoare încrustate cu pământuri rare și traductoare longitudinale cu tije compozite din pământuri rare, etc. Principalele caracteristici ale materialelor Terfenol2D sunt (1) materiale fragile și prelucrare dificilă. (2) Deoarece materialele cu pământuri rare nu sunt doar un material conductiv magnetic, ci și un material conductiv, atunci când câmpul magnetic extern se modifică, traductorul de pământuri rare. În interior vor fi generate pierderi de curenți turbionari, iar pierderile vor fi mari la frecvențe înalte. În comparație cu traductoarele ceramice piezoelectrice, traductoarele magnetostrictive gigantice trebuie să rezolve probleme precum polarizarea magnetică, pretensionarea, pierderea curenților turbionari și compensarea apei adânci. În prezent, există câteva soluții la aceste neajunsuri. În scopul soluționării problemei materialelor fragile și a pierderilor mari de curent turbionar, se studiază materialul magnetostrictiv gigant GMPC, pulbere de Terfenol 2D, amestecarea materialelor de legătură și presarea și formarea prin metalurgia pulberilor. Pentru proiectarea traductoarelor magnetostrictive gigantice, este o soluție avantajoasă să folosiți pe deplin deformarea mare și densitatea mare de energie ca sursă de excitație a traductorului de încovoiere. Poate fi folosit pentru a face o varietate de conversie de joasă frecvență, volum mic și putere mare. Selecția corectă a polarizării magnetice, pretensionarea și tehnicile de aplicare a materialelor magnetostrictive gigantice de pământuri rare au un impact mare asupra performanței traductorului. În general, polarizarea magnetică este selectată la 1/3 din valoarea de saturație magnetostrictivă, iar pretensionarea este selectată de la 7 MPa la 10 MPa pentru a obține o putere mare de ieșire.

Hidrofon cu fibră optică

Tehnologia hidrofonului cu fibră optică a început în Laboratorul Naval al SUA la sfârșitul anilor 1970. Hidrofonul cu fibră optică are avantajele sensibilității ridicate, capacității puternice de interferență anti-electromagnetică, interval dinamic mare, dimensiuni mici și greutate redusă Pzt4 emisferă piezoelectrică . Prin urmare, tehnologia a fost foarte apreciată de îndată ce sa născut și a fost considerată una dintre tehnologiile cheie ale apărării naționale. După mai bine de 20 de ani de dezvoltare, tehnologia hidrofonelor cu fibră optică a făcut progrese mari în țările dezvoltate și au fost introduse diverse hidrofoane cu fibră optică. Ei au finalizat sistemul de monitorizare a sunetului submarinului hidrofon din toate fibrele, matricea de linii remorcate, matricea conformă submarină și așa mai departe. În special, dezvoltarea cu succes a laserelor cu stare solidă a deschis o lume vastă de aplicații pentru fibre optice. Tehnologia hidrofonului cu fibră optică are, de asemenea, un început bun. Performanța prototipului unității a fost apropiată sau a atins nivelul internațional, iar cercetarea tehnologiei matricei de hidrofoane cu fibră optică a fost efectuată. Pătrunderea cercetării sonarelor în tehnologia laser va deschide, fără îndoială, o nouă pagină în cercetarea sonarelor. Toate tipurile de hidrofoane cu fibră optică sunt proiectate în funcție de efectul undei sonore pentru a face modularea de fază sau modularea intensității luminii fibrei. Fibra este împărțită în fibră multimodală și fibră monomod. Hidrofonul cu fibră optică este fabricat în mare parte din fibră monomod. Tip interferometru și tip de modulare a intensității luminii. Sub acțiunea presiunii sonore, stresul este generat în miezul fibrei optice pentru a provoca modificări ale indicelui de refracție și ale lungimii. Aceste două modificări determină modularea de fază a laserului care se propagă în fibra optică. Hidrofonul cu fibră optică de tip interferometru trebuie să folosească fibra care este afectată de câmpul sonor ca fibră sensibilă, iar cealaltă este separată de câmpul sonor. Fibra cu o diferență de fază fixă ​​este folosită ca fibră de referință, care este plasată pe brațele interferometrului și convertorul fotoelectric. După sinteză, interferența se formează pe suprafața fotomultiplicatorului primit și se detectează informații acustice. Deoarece lungimea de undă a luminii este foarte mică, tensiunea ușoară a semnalului cauzată de presiunea sonoră nu este o schimbare mică în raport cu lungimea de undă a luminii și, astfel, provoacă o schimbare mare a intensității luminii de ieșire, astfel încât sensibilitatea hidrofonului de tip interferență cu fibre este deosebit de mare. Performanța tehnică realizată de hidrofonul cu fibră optică a interferometrului cu fibră este următoarea: Sensibilitate la recepție la tensiune: - 140dB (0dB = 1V/μPa) Sensibilitate la fază: 2. 56 × 10 - 8 rad / μPa .Răspuns în frecvență: 16Hz ~ 10kHz ≤direcționalitate (undulație ≤ 2. 5dB) Dintre toate hidrofoanele de tip intensitate, hidrofonul de tip grilaj este un detector acustic subacvatic nou, dovedit și eficient. 

Ieșirea este exprimată ca o modulație directă a intensității câmpului sonor incident. Principiul său principal de funcționare este de a provoca deplasarea relativă a celor două rețele între sursa de lumină constantă și receptorul de lumină sub acțiunea câmpului sonor, iar intensitatea de recepție este o funcție de deplasarea relativă a celor două rețele, astfel încât câmpul sonor să poată fi transformat. Pentru modularea intensității. Hidrofonul în sine constă în esență din două ghiduri de undă optice aliniate axial (sau fibre) cu un spațiu mic, iar deschiderile din spațiul care controlează transmisia asigură modulația de intensitate necesară. Hidrofonul oferă toate avantajele unui dispozitiv de modulare a intensității directe și este ieftin. Metoda de rețea poate atinge o sensibilitate relativ ridicată, iar dispozitivul este simplu de fabricat, fără nicio tehnologie optică avansată, și are o gamă dinamică de până la 160 dB și are capacitatea de a detecta o deplasare cauzată de sunet mai mic de 0,01 A. În plus, datorită alegerii flexibile a densității rețelei, offset, offset, dimensiunea de funcționare a puterii optice și a dimensiunii hidrofonului, există mai multă putere optică și flexibilitate în proiectare, dimensiunea hidrofonului și dimensiunea de funcționare. gama de frecvente. Pentru hidrofoanele cu fibră optică, zgomotul de împușcare cauzat de fluctuațiile curentului pe fotodiodă este principala sa sursă de zgomot și este adesea denumit limită teoretică de zgomot. În plus, alinierea fasciculului, izolarea fasciculului de referință și izolarea vibrațiilor sursei au un impact direct asupra performanței. Cel mai mare dezavantaj al hidrofoanelor cu fibră optică este efectul mare de temperatură.