Progresul cercetării și oportunitățile de dezvoltare ale tehnologiei traductoarelor acustice subacvatice (2

 Progresul cercetării traductoarelor de apă adâncă

 

Spațiul de adâncime este noile culmi dominante ale competiției militare maritime actuale. Unul dintre obiectivele strategice maritime ale țării mele este să se îndrepte spre un albastru adânc. Dezvoltarea echipamentelor acustice de adâncime promovează progrese continue în cercetarea traductoarelor de adâncime. Printre traductoarele de joasă frecvență introduse în secțiunea 1.1 a acestui articol, traductorul cu disc curbat și traductorul inel de cuplare tub-faz cu structură de cavitate de preaplin sunt, de asemenea, exemple de proiectare de traductoare de apă adâncă. Nu le voi repeta aici, ci le voi prezenta unele tipice. Noile rezultate ale cercetării traductoarelor de adâncime.

 

Figura 7a prezintă cele două Helmholtz principale structuri de traductoare acustice subacvatice care utilizează excitația finală și excitația intermediară. Se efectuează studiul teoretic al frecvenței de rezonanță a cavității lichidului în condiții de perete elastic. Figura 7b prezintă traductorul de bandă largă de joasă frecvență cu mai multe cavități proiectat folosind traductorul cu tub de preaplin ca sursă de excitație. Traductorul Janus-Helmholtz de joasă frecvență și putere mare proiectat în Fig. 7c; De asemenea, prin extinderea cilindrului cu cavitate al traductorului Janus-Helmholtz spre partea din față a radiației pistonului, se formează o nouă cavitate lichidă la gura radiatorului Janus. Traductorul cu mai multe cavități Janus-Helmholtz (Figura 7d) permite traductorului să aibă o bandă de frecvență de lucru mai largă. Figura 7e prezintă traductorul de apă adâncă proiectat cu inel de preaplin pentru comunicarea acustică subacvatică. Designul utilizează efectul de cuplare al rezonanței cavității lichide și al vibrației radiale cu inel circular pentru a obține caracteristici de funcționare în bandă largă. Figura 7f prezintă directivitatea proiectată în jumătate de spațiu a traductorului de bandă largă de adâncime a inelului de preaplin. Baza metalică este utilizată pentru a îmbunătăți directivitatea verticală a traductorului și pentru a suprima radiația din spate. Traductorul longitudinal de bandă largă pentru apă adâncă proiectat în Figura 7g. Traductorul folosește cuplarea vibrațiilor longitudinale și a vibrațiilor de îndoire a capacului frontal pentru a obține funcționarea în bandă largă. Traductorul este încapsulat într-o carcasă rezistentă la presiune din aliaj de titan, iar carcasa și traductorul sunt umplute cu ulei de silicon. , Prin dispozitivul de echilibrare a presiunii pentru a realiza lucrări în apă adâncă.

 

Figura 7 Traductor pentru apă adâncă

1.4 Progresul cercetării hidrofonului vector

Cu atenția profundă a oamenilor la informațiile vectoriale ale câmpului sonor și importanța cercetare hidrofon vector , tehnologia hidrofon vector continuă să se dezvolte și a devenit unul dintre punctele fierbinți de cercetare internaționale în ultimii ani. În secolul 21, cercetarea aplicației hidrofonelor vectoriale din țara mea este cea mai activă. Conform rezultatelor statistice de la sfârșitul anului 2014, aproape jumătate din realizările academice în domeniul hidrofoanelor vector internaționale și aplicațiile acestora au venit din țara mea. Iată o scurtă introducere în progresul recent al cercetării hidrofoanelor vectoriale.

 

Structura tipică a unui hidrofon vectorial este un co-mod. Hidrofonul vector co-mod este realizat prin încapsularea elementelor sensibile la inerție (accelerometre de vibrații, vitezometre etc.) într-o carcasă sferică sau cilindrică. Principiul său de funcționare se bazează pe caracteristicile unei sfere sau cilindru rigid care face o mișcare oscilantă sub acțiunea unui câmp sonor și este, în general, proiectat pentru flotabilitate zero (Figura 8a). Teoria și tehnologia în acest domeniu sunt relativ mature. În zilele noastre, sunt folosite noi tipuri de materiale piezoelectrice monocristaline PMNT și PZNT pentru a reduce volumul hidrofonului, a crește sensibilitatea și a reduce autozgomotul. Hidrofoanele vectoriale sunt utilizate în principal în rețelele bazate pe țărm, rețelele remorcate și rețelele laterale. Hidrofoanele vector de joasă frecvență sunt, de asemenea, utilizate în măsurarea zgomotului în mediul marin, submersibil/geamandura și alte sisteme.

Figura 8 Hidrofon vectorial

Figura 8b este un hidrofon vector coloană co-vibratoare care poate fi instalat fix. Principiul său de bază nu s-a schimbat. În structură, cadrul de suspensie este înlocuit cu o tijă de montare, iar arcul de suspensie este schimbat cu un arc de cauciuc. Scenariul de aplicare al acestei structuri poate fi extins la instalarea fixă ​​pe suportul platformei.

 

Odată cu dezvoltarea tehnologiei de procesare micro-electromecanică (MEMS), tehnologia MEMS a fost aplicată la proiectarea și dezvoltarea hidrofoanelor vectoriale. Tehnologia MEMS poate integra componente microelectronice, cum ar fi unități sensibile, circuite de control, circuite de potrivire cu zgomot redus și module de preprocesare de eșantionare. Într-una, semnalul acustic este convertit într-un semnal electric. Un mod de lucru tipic este utilizarea unui senzor de micro-accelerare ca element sensibil (Figura 8c), utilizarea principiului efectului piezoresistiv al siliciului monocristal pentru a proiecta un cip sensibil și dezvoltarea unui hidrofon vectorial MEMS cilindric cu co-vibrație tridimensională. Un alt mod de lucru se bazează pe principiul bionicii, imitând principiul celulelor senzoriale mecanice laterale ale peștilor pentru a simți mișcarea apei și a proiectat un hidrofon vector piezoresistiv MEMS (Figura 8d).

 

Hidrofonul cu fibră optică este una dintre aplicațiile de succes ale tehnologiei de detectare a fibrei optice în domeniul acusticii subacvatice. Prezintă caracteristicile tehnice de sensibilitate ridicată, zgomot redus, gamă dinamică mare și anti-interferență. În ultimii ani, a fost utilizat pe scară largă și în hidrofoanele vectoriale. Cercetătorii au proiectat și dezvoltat un hidrofon vectorial cu fibră optică. Figura 8e este un hidrofon tridimensional cu fibră optică cilindrice. Pe baza rețelei Bragg, sunt proiectate unitatea de detectare a accelerației și unitatea de detectare a presiunii sonore și este dezvoltat hidrofonul vector presiunea sunetului-vibrație. Figura 8f este un hidrofon vectorial cu fibre sferice 3D. Pe baza sistemului de interferență a fibrelor care menține polarizarea completă, a fost dezvoltat un hidrofon vectorial cu fibre interferometrice cu dorn ortogonal 3D, care are o structură compactă, iar centrul sunetului coincide într-un punct.

 

Progresul cercetării traductoarelor de joasă frecvență, traductoarelor de bandă largă de înaltă frecvență, traductoare de adâncime și hidrofoane vectoriale. Deși datele colectate nu sunt exhaustive, sunt destul de tipice și reprezentative. În principiu, descrie schița de frontieră a dezvoltării traductoarelor acustice subacvatice din țara mea. În comparație cu munca de inovare iconică asupra traductoarelor în diferite perioade din lume, o parte considerabilă a lucrărilor de proiectare inovatoare din țara mea este mai târziu cu câțiva ani sau chiar cu mai mult de zece ani față de nivelul tehnologic de ultimă oră internațional.

 

Cel mai mare impuls pentru dezvoltarea traductoarelor hidroacustice din țara mea vine din cerințele de aplicare în domeniul tehnologiei hidroacustice. Într-o perioadă în care puterea economică și puterea științifică și tehnologică a țării mele sunt relativ slabe, această metodă de dezvoltare este cea mai eficientă, dar după o perioadă lungă de timp, vor exista urme istorice evidente, rezultând discipline nesistematice, serii incomplete de produse și fundamente teoretice. Situația de tehnologie specializată nesigură, imperfectă, suport profesional nesustenabil și echipă instabilă de talente.

 

În ceea ce privește tehnologia traductoarelor de adâncime, unele țări maritime importante au avut deja multe tehnologii mature și serii de produse în secolul al XX-lea. Unele echipamente acustice civile de adâncime pot fi exportate și în țara mea. Cu toate acestea, cererea pentru tehnologia sonarelor de adâncime în țara mea nu a fost încă puternică până la sfârșitul secolului al XX-lea. Tehnologia traductoarelor de apă adâncă era aproape într-o stare goală la acel moment. În ultimii ani, țara și-a sporit investițiile și a acordat atenție cercetării teoriilor de bază și dispozitivelor de bază de bază. Au apărut noi realizări în domeniul traductoarelor acustice subacvatice, capacitățile tehnice au fost îmbunătățite an de an, iar progresul tehnologic a fost remarcabil. Unele dintre rezultatele cercetării enumerate în articolul anterior sunt sincronizate cu nivelul frontierei internaționale, dar sincronizarea generală și impulsul de dezvoltare paralelă cuprinzătoare sunt departe de a fi formate, mai ales în direcțiile istorice scurte și slabe ale tehnologiei traductoarelor și noile realizări tehnologice. Este doar rar, iar performanța produsului este încă foarte slabă.