Prezentare generală a dezvoltării traductoarelor acustice subacvatice cu transmisie de joasă frecvență în apă adâncă

Odată cu dezvoltarea cercetării oceanice, există o gamă largă de cereri pentru traductoare care pot funcționa în ape adânci. Traductoarele de apă adâncă sunt montate în mare parte pe diferite tipuri de platforme subacvatice autonome

platforma poate găzdui volum și greutate limitate, precum și capacitatea de alimentare cu energie, traductorul de frecvență joasă este necesar pentru a îndeplini caracteristicile de dimensiune mică, greutate redusă, eficiență ridicată și rezistență ridicată la presiune hidrostatică.

Această lucrare prezintă progresul cercetării traductoarelor de apă adâncă de joasă frecvență în țară și în străinătate, inclusiv tipurile comune de traductoare, caracteristicile și problemele de dezvoltare ale acestora, pentru referință pentru cercetătorii din

domenii aferente.196dB iar greutatea este de 2800kg; Sunet cu frecvență foarte joasă de 65 Hz Nivelul maxim al sursei este de 203 dB și greutatea este de 1900 kg. Principalul său dezavantaj este că este limitat de caracteristicile structurale ale discului curbat, iar adâncimea de lucru este dificil de atins la 1000 de metri.

 

2.2 Traductor Janus-Helmholtz

Traductorul Janus-Helmholtz poate fi, de asemenea, atribuit tipului de traductor Helmholtz. Forma sa tipică este aceea că un vibrator longitudinal cu două capete excită cochilii cilindrice rigide la ambele capete, folosind frecvența cavității lichide și frecvența vibrației radiale pentru a forma un vârf de rezonanță dublu. Partea principală este un traductor de vibrații longitudinal care poate radia pe ambele părți (numit traductor Janus). O pereche de cavități cilindrice ale carcasei sunt plasate în exteriorul capului de radiație al traductorului Janus, iar spațiul închis de cavitate și traductorul Janus Se formează cavitatea rezonantă Helmholtz, care funcționează sub excitația vibrației longitudinale a traductorului Janus. Structura sa poate funcționa în ape mai adânci fără a utiliza dispozitive de compensare a presiunii. , Folosind cuplarea modului de rezonanță al cavității lichide și modul de vibrație longitudinală, are caracteristici de frecvență joasă, bandă largă, putere mare și, în același timp, are o dimensiune relativ mică, care este potrivită pentru utilizare ca sursă de sunet de joasă frecvență de mare adâncime. IXBLUE a dezvoltat o varietate de traductoare Janus-Helmholtz de adâncime completă JH250-6000, JH650-6000, etc. Banda de frecvență de lucru a traductorului JH250-6000 este de 200Hz-1050Hz, dimensiunea totală este Φ 72 kg, greutatea este mai mare decât sursa de sunet 50*114 cm. 196 dB; banda de frecvență de lucru a traductorului JH650-6000 este de 580Hz-2020Hz, dimensiunea exterioară este Φ 45*61cm, iar greutatea este de 90kg. Nivelul sursei de sunet este mai mare de 196 dB; deficiențele sale sunt fluctuații mari în bandă.

 

Multe unități domestice au efectuat și cercetări conexe asupra traductoarelor Janus-Helmholtz. Acest tip de traductor are o dimensiune și o greutate relativ mici pentru a obține un efect de lucru cu frecvență joasă și, teoretic, performanța traductorului nu se modifică odată cu adâncimea și are o perspectivă bună de aplicare. Principala problemă este că modul de rezonanță al cavității lichide are o valoare Q mare, ceea ce duce la curbe ascuțite de conductanță și răspuns în apropierea vârfului de rezonanță al cavității lichide, ceea ce nu este propice pentru proiectarea rețelei de potrivire și are un anumit impact asupra funcționării în bandă largă. Institutul de acustică aplicată Hangzhou a efectuat cercetări asupra problemelor traductoarelor JH și a îmbunătățit în mod eficient cele două probleme de cuplare în mod rezonant ale traductoarelor tradiționale Janus-Helmholtz și a îmbunătățit lățimea de bandă și banda de frecvență de lucru a traductorului. Planeitatea răspunsului la tensiunea de transmisie. Traductorul prototip produs are un interval de frecvență de lucru de 400 ~ 700 Hz, un vârf al cavității lichide de 480 Hz, o lățime de bandă de răspuns la tensiunea de transmisie (6 dB) mai mare de 200 Hz și un nivel maxim al sursei de sunet de 205 dB. Gama de frecvență de lucru a prototipului de frecvență relativ înaltă este de 700 ~ 1400 Hz, vârful cavității lichidului este de 760 Hz, lățimea de bandă de răspuns la tensiunea de transmisie (6dB) este mai mare de 500 Hz, iar nivelul maxim al sursei de sunet este de 200 dB.

 

2.3 Traductor Janus-Hammer Bell

 

În 2013, traductorul de apă adâncă, care este destul de diferit de traductorul tradițional JH. Acesta include în mod specific un traductor de vibrație longitudinală radiant bidirecțional și o carcasă cilindrice rigidă, care este montată pe un cilindru rigid. Pe masa medie. Mecanismul constă în cuplarea modului de vibrație longitudinală cu două capete și a modului toroidal (două inele de aluminiu). Vibrația longitudinală conduce lichidul din cavitate să vibreze, provocând rezonanța carcasei cilindrice rigide. Modul longitudinal este cuplat cu modul radial al carcasei. Pentru a obține radiația în bandă largă, nivelul în bandă este practic nedirecțional. Utilizați acest traductor pentru a efectua experimentul de propagare a sunetului la distanță lungă. Traductorul JHB este plasat pe axa canalului (aproximativ 1000 m), iar matricea de recepție verticală de 20 de yuani este utilizată pentru a recepționa cu succes semnalul de 1000 km.

2.4 Traductor inel de preaplin

 

Traductorul inel de preaplin este un tip comun de traductoare de apă adâncă în benzile de frecvență medie și joasă. Suprafețele interioare și exterioare ale inelului ceramic sunt sigilate cu materiale etanșe (poliuretan sau cauciuc vulcanizat). Presiunea hidrostatică asupra structurii este autoechilibrata, iar teoretic adâncimea de lucru nu este limitată de adâncimea apei. În același timp, proiectarea rezonabilă a dimensiunii cavității lichide a traductorului toroidal poate excita vârful de rezonanță a cavității lichide de joasă frecvență și se poate combina cu rezonanța radială a toroidului în sine pentru a obține efecte de lucru în bandă largă multimod. În general, funcționează în intervalul de frecvență de 1 kHz ~ 10 kHz. Pentru benzile de frecvență sub 1 kHz, trebuie realizate inele de mozaic de dimensiuni mari, ceea ce necesită tehnologie de asamblare înaltă. Traductorul inel de preaplin raportat în străinătate are o bandă de frecvență de lucru de 250Hz-1kHz și o sursă de sunet. Nivelul este de 197 dB, diametrul este de 1 m, înălțimea este de 1,6 m și greutatea este de aproximativ 800 kg.

lan „standard latent pentru tomografie acustică de adâncime” și a obținut rezultate preliminare, dar există încă loc pentru îmbunătățiri suplimentare. Gama de frecvență de lucru a dispozitivului este de 400Hz ~ 550Hz, răspunsul maxim la tensiunea de transmisie este de 132dB, iar nivelul maxim al sursei de sunet este de 182dB. Pe baza celor două seturi de ținte submarine acustice acustice de adâncime ale acestui traductor, de joasă frecvență (500 Hz), apă adâncă (adâncime a axei canalului de 1000 m), emisie de semnal acustic pe termen lung (3 luni timp de serviciu) și recepție a semnalului acustic pe profilul vertical la o adâncime de 15000m ~ 1500m. În brevetul de model de utilitate pentru traductorul de tensiune flexibilă de depășire aplicat, plasticul din spumă rigidă este utilizat ca material rezistent la presiune, frecvența de rezonanță este de 2,4 kHz și răspunsul la tensiunea de transmisie este de 126 dB. Universitatea de Inginerie Harbin a propus în brevetul „Un traductor acustic subacvatic cu flextensiune de adâncime cu fază inversată”. Prin instalarea tuburilor inversate cu jumătate de lungime de undă la ambele capete ale traductorului de flextension de tip IV, radiația internă a traductorului de flextension de tip overflow este radiată. Faza de presiune a sunetului este inversată cu 180 de grade, ceea ce ajustează faza de presiune a sunetului în interiorul carcasei radiante încovoiate, astfel încât presiunea sonoră radiată din partea interioară la duza tubului inversat să fie în aceeași fază cu presiunea sonoră radiată din exteriorul carcasei vibrante, depășind problema tradițională a eficienței radiației scăzute a flexiei de tip transducere de preaplin. Prin acest design, traductorul are trei suprafețe radiante în fază, și anume suprafața radiantă a pistonului plan eliptic la ambele capete și suprafața radiantă a carcasei traductorului de flextension, formând un mod de matrice ternară în fază, care permite transducția de flextension. Dispozitivul formează o directivitate în formă de opt, ceea ce îl face să aibă caracteristicile emisiei direcționale.

2.6 Traductor de joasă frecvență compensat cu gaz

 

Compania americană Alliant Techsystems a dezvoltat traductorul acustic subacvatic de mare putere de frecvență ultra joasă HX-554 pentru termometria acustică a climatului oceanic (ATOC) 1993-1994. Traductorul constă din 10 stive de cristal piezoelectrice cu lungimea de 1085 mm, lățime 119 mm și grosime 53 mm (fiecare stivă de cristale este făcută din 92 plăci pătrate ceramice piezoelectrice legate între ele, iar o secțiune de material pasiv este adăugată în mijlocul stivei de cristale) într-o găleată. Structură în formă, cu un sac gonflabil în interior pentru a echilibra presiunea hidrostatică, iar adâncimea de lucru poate ajunge la 1000 de metri. Traductorul folosește vibrații piezoelectrice de îndoire a stivei pentru a emite unde sonore orizontale nedirecționale. Frecvența de rezonanță este de 75 Hz, lățimea de bandă de lucru este de 57-92 Hz, iar nivelul maxim al sursei de sunet este de 197 dB (putere sonoră 420 W, impuls CW); dimensiunea totală a traductorului este de 2,06 lungime. m, 0,94 m diametru, 2300 kg în aer, 770 kg în apă, plus structură de susținere și sistem de umflare, greutatea totală este de 5500 kg.

 

2.7 Sursă de sunet hidrodinamică

Sursa de sunet alimentată cu fluid utilizează acționarea hidraulică pentru a genera vibrații și are caracteristicile emisiei de frecvență ultra-joasă, frecvență largă de lucru, cursă lungă de lucru și tracțiune mare. Sursa de sunet hidraulică HLF-1 dezvoltată de Hydroacoustics are o gamă de frecvență de lucru de 20Hz-2kHz, nivelul sursei de sunet poate ajunge la 196dB la rezonanță de 260Hz, iar dimensiunea sa maximă este de 1m. Sursa de sunet hidraulică dezvoltată HLF-4 are o singură sursă de sunet cu un nivel al sursei de sunet de 206 dB la o frecvență de rezonanță de 57 Hz și o lățime de bandă de 14 Hz. Pentru a forma o matrice sunt folosite 5 surse de sunet, iar nivelul sursei de sunet a ajuns la 221 dB. Este celebru în 1991. Acest traductor a fost folosit în testul de măsurare a temperaturii oceanului din Insula Heard, iar semnalul acustic are o distanță de propagare de 18.000 km.

 

3 Concluzie

Diferite tipuri de traductoare de transmisie de joasă frecvență pentru apă adâncă au diferențe mari în dimensiune, greutate și caracteristici acustice profunde. Este imposibil să satisfaceți nevoile diferitelor tipuri de echipamente sonar cu un singur traductor. De exemplu, traductorul inel de preaplin are performanțe bune. Stabilitate în apă adâncă, directivitate de acoperire pe întregul spațiu, efect de bandă largă mai bun, dar dimensiunea și greutatea corespunzătoare sunt relativ mari; Traductorul JH realizează operarea în frecvență joasă și în bandă largă într-un volum relativ mic, dar directivitatea sa se schimbă mai mult cu frecvența. Mare și adesea există „văi” adânci în banda de frecvență, ceea ce are un anumit impact asupra efectului real de utilizare. În funcție de nevoile reale ale proiectului, trebuie să se acorde o atenție cuprinzătoare cerințelor de adecvare, nivelul sursei de sunet, directivitate, funcționare în bandă largă etc. și trebuie selectat tipul adecvat de traductor de transmisie de joasă frecvență pentru apă adâncă.