Ny utveckling av piezokeramik som används i undervattens ekolodsgivare

Givaren är en viktig del av ekolodet. Ur hydroakustikens historia är varje steg i utvecklingen av undervattensakustiken oskiljaktig från utvecklingen av givarteknologi. Eftersom hydroakustiska givare spelar en nyckelroll inom akustisk undervattensteknik har många utvecklade länder investerat enormt i forskningen. Från historien om utvecklingen av akustisk undervattensutrustning, från början av första världskriget, givaren av Langevin-typ bestående av piezoelektriska keramiska kristaller och metallmassor användes. Efter många produktbyten användes givarna. Prestandan har förbättrats avsevärt. Under de senaste två eller tre decennierna, på grund av militär efterfrågan, den snabba utvecklingen av vetenskap och teknik, den kontinuerliga utvecklingen och tillämpningen av nya transduktormaterial och tillämpningen av finita piezoelementanalys i transduktordesign, transduktorforskning. Utifrån den klassiska teorin och analytiska metoder har många nya begrepp och metoder vuxit fram. Den akustiska undervattensgivaren står inför en ny omgång av produktbyten. Jättemagnetostriktiv utspädd givare, högpresterande elektrostriktiv piezokeramisk givare, vektorhydrofon, piezoelektrisk kompositgivare, lågfrekvent PVDF-hydrofon med stor area, fiberoptisk hydrofon, etc. Den representerar den senaste utvecklingen inom givarforskning. Ur denna aspekt ser den här artikeln fram emot den senaste utvecklingen av undervattensekolodsgivare.

gigantisk magnetostriktiv givare

På 1970-talet upptäckte AE Clark att legeringar av sällsynta jordartsmetaller har supermagnetostriktiva egenskaper. Dessa maximala spänningar orsakade av magnetostriktiva effekter är 6 till 20 gånger större än de för piezoelektrisk rörgivare som används i akustiska undervattensgivare, och energitätheten är cirka 10 till 20 gånger, och ljudhastigheten är endast 2/3 till 3/4 av den piezoelektriska keramen, och prestandajämförelsen mellan det sällsynta jordartsmetallmaterialet Terfenol2D och det konventionella piezoelektriska materialet PZT ges-8. Därför, under samma volymförhållanden, har den hydroakustiska givaren Terfenol2D en resonansfrekvens som är 2/3 till 3/4 lägre än resonansfrekvensen för den piezoelektriska keramiska hydroakustiska givaren. Eftersom omvandlaren tillverkad av sällsynt jordartsmetall, jättemagnetostriktivt material, Terfenol2D har egenskaperna för stor överföringseffekt, liten volym, låg vikt och miljö med hög temperatur, erhålls den i utvecklingen av lågfrekvent-mycket lågfrekvent högeffekts akustisk undervattensgivare. Tillräcklig uppmärksamhet och tillämpning. På 1980-talet har utvecklade länder utvecklat olika sällsynta jordartsmetallgivare och tillämpat dem på det militära området. Sverige har framgångsrikt utvecklat kurvade sällsynta jordartsmetallgivare med en ljudeffekt på 151 kW för minröjning. Kina började forskning på 1990-talet, men det har gjort snabba framsteg. De har framgångsrikt utvecklat böjgivare för sällsynta jordartsmetaller, inlagda givare för sällsynta jordartsmetaller och sällsynta jordartsmetallgivare med kompositstavar, etc. Huvuddragen hos Terfenol2D-material är (1) spröda material och svår bearbetning. (2) Eftersom sällsynta jordartsmetaller inte bara är ett magnetiskt ledande material utan också ett ledande material, när det externa magnetfältet ändras, kommer den sällsynta jordartsmetallomvandlaren att genereras inuti, och förlusterna blir stora vid höga frekvenser. Jämfört med piezoelektriska keramiska givare behöver gigantiska magnetostriktiva givare lösa problem som magnetisk förspänning, förspänning, virvelströmsförlust och djupvattenkompensation. För närvarande finns det några lösningar på dessa brister. I syfte att lösa problemet med sprött material och stora virvelströmsförluster studeras det gigantiska magnetostriktiva materialet GMPC, pulveriserat Terfenol 2D, blandat bindematerialen och pressat och bildat av pulvermetallurgi. För konstruktionen av gigantiska magnetostriktiva givare är det en fördelaktig lösning att fullt ut utnyttja dess stora deformation och höga energitäthet som excitationskälla för böjgivaren. Den kan användas för att göra en mängd olika lågfrekvens, liten volym och hög effektkonvertering. Korrekt val av magnetisk förspänning, förspänning och appliceringsteknik för gigantiska magnetostriktiva material för sällsynta jordartsmetaller har stor inverkan på givarens prestanda. I allmänhet väljs den magnetiska förspänningen till 1/3 av det magnetostriktiva mättnadsvärdet, och förspänningen väljs från 7 MPa till 10 MPa för att erhålla en hög uteffekt.

Fiberoptisk hydrofon

Fiberoptisk hydrofonteknik började i US Naval Laboratory i slutet av 1970-talet. Den fiberoptiska hydrofonen har fördelarna med hög känslighet, stark anti-elektromagnetisk störningsförmåga, stort dynamiskt omfång, liten storlek och låg vikt Pzt4 piezoelektrisk halvklot . Därför värderades tekniken högt så snart den föddes, och den betraktades som en av de viktigaste teknikerna för det nationella försvaret. Efter mer än 20 års utveckling har fiberoptisk hydrofonteknik gjort stora framsteg i utvecklade länder, och olika fiberoptiska hydrofoner har introducerats. De har färdigställt det helfiberbaserade hydrofonsystemet för ubåtsljud, bogserad linjeuppsättning, ubåtskonformmatris och så vidare. I synnerhet har den framgångsrika utvecklingen av halvledarlasrar öppnat upp en stor värld av applikationer för optiska fibrer. Den fiberoptiska hydrofontekniken har också en bra start. Prestandan för enhetens prototyp har varit nära eller nått den internationella nivån, och forskning om fiberoptisk hydrofonteknik har genomförts. Ekolodsforskningens penetration i laserteknik kommer utan tvekan att öppna en ny sida inom ekolodsforskningen. Alla typer av fiberoptiska hydrofoner är designade enligt effekten av ljudvåg för att göra fasmoduleringen eller intensitetsmoduleringen av fibern ljus. Fibern är uppdelad i multimodfiber och enkelmodfiber. Den fiberoptiska hydrofonen är mestadels gjord av singelmodsfiber. Interferometertyp och ljusintensitetsmoduleringstyp. Under inverkan av ljudtrycket genereras spänningar i kärnan av den optiska fibern för att orsaka förändringar i brytningsindex och längd. Dessa två förändringar orsakar fasmodulering av lasern som fortplantar sig i den optiska fibern. Den fiberoptiska hydrofonen av interferometertyp ska använda fibern som påverkas av ljudfältet som den känsliga fibern, och den andra är separerad från ljudfältet. Fibern med en fast fasskillnad används som referensfiber, som placeras på interferometerns armar och den fotoelektriska omvandlaren. Efter syntesen bildas interferens på ytan av den mottagna fotomultiplikatorn och akustisk information detekteras. Eftersom ljusets våglängd är mycket liten, är den lätta påfrestningen av signalen som orsakas av ljudtrycket inte en liten förändring i förhållande till ljusets våglängd, och orsakar således en stor förändring i utgående ljusintensitet, så känsligheten hos hydrofonen av fiberinterferenstyp är särskilt hög. Den tekniska prestandan som uppnås av fiberinterferometerns fiberoptiska hydrofon är som följer: mottagningsspänningskänslighet: - 140dB (0dB = 1V/μPa) Faskänslighet: 2. 56 × 10 - 8 rad / μPa . Frekvenssvar: 16Hz riktning ~ 30k riktning: 30k rundstrålande (undulation ≤ 2. 5dB) Bland alla hydrofoner av intensitetstyp är hydrofonen av gallertyp en ny, beprövad och effektiv akustisk undervattensdetektor. 

Utsignalen uttrycks som en direkt intensitetsmodulering av det infallande ljudfältet. Dess huvudsakliga arbetsprincip är att orsaka den relativa förskjutningen av de två gittren mellan den konstanta ljuskällan och ljusmottagaren under inverkan av ljudfältet, och mottagningsintensiteten är en funktion av den relativa förskjutningen av de två gittren, så att ljudfältet kan omvandlas. För intensitetsmodulering. Själva gitterhydrofonen består väsentligen av två axiellt inriktade optiska vågledare (eller fibrer) med ett litet gap och öppningarna i gapet som styr transmittansen ger den erforderliga intensitetsmoduleringen. Hydrofonen ger alla fördelar med en direkt intensitetsmoduleringsanordning och är billig. Gittermetoden kan uppnå en relativt hög känslighet, och enheten är enkel att tillverka, utan någon avancerad optisk teknik, och har ett dynamiskt omfång på upp till 160 dB, och har förmågan att detektera en förskjutning orsakad av ljud mindre än 0,01 A. Dessutom, på grund av det flexibla valet av gallertäthet, offset, optisk kraft och mer flexibilitet för hydrofonstrukturen, finns det en flexibilitet i driften av räckvidden och mer flexibilitet för hydrofonerna. frekvensområde. För fiberoptiska hydrofoner är skottbrus orsakat av strömfluktuationer på fotodioden dess huvudsakliga bruskälla och kallas ofta för den teoretiska brusgränsen. Dessutom har strålinriktning, referensstråleisolering och källans vibrationsisolering en direkt inverkan på prestandan. Den största nackdelen med fiberoptiska hydrofoner är den stora temperatureffekten.