Översikt över utvecklingen av djupvattenslågfrekventa akustiska undervattensgivare

Med utvecklingen av havsforskning finns det ett brett utbud av efterfrågan på givare som kan arbeta på djupt vatten. Djuptvattengivare är oftast monterade på olika typer av fristående undervattensplattformar,

plattformen kan rymma begränsad volym och vikt samt strömförsörjningskapacitet, lågfrekvent givare krävs för att uppfylla egenskaperna för liten storlek, låg vikt, hög effektivitet och högt hydrostatiskt tryckmotstånd.

Denna artikel introducerar forskningsframstegen för lågfrekventa djupvattengivare hemma och utomlands, inklusive de vanliga typerna av givare, deras egenskaper och utvecklingsproblem, för referens för forskare inom

relaterade fält.196dB och vikten är 2800kg; 65Hz mycket lågfrekvent ljud Källans maximala källnivå är 203dB och vikten är 1900Kg. Dess största nackdel är att den är begränsad av den böjda skivans strukturella egenskaper, och arbetsdjupet är svårt att nå 1000 meter.

 

2.2 Janus-Helmholtz givare

Janus-Helmholtz-givaren kan också hänföras till Helmholtz-givarens typ. Dess typiska form är att en dubbeländad längsgående vibrator exciterar styva cylindriska skal i båda ändar, genom att använda vätskekavitetsfrekvensen och den radiella vibrationsfrekvensen för att bilda en dubbelresonanstopp. Huvuddelen är en longitudinell vibrationsgivare som kan stråla på båda sidor (kallad Janus-givare). Ett par cylindriska skalkaviteter placeras på utsidan av strålningshuvudet på Janus-givaren, och utrymmet som omsluts av hålrummet och Janus-givaren. Helmholtz-resonanshålrummet bildas, som arbetar under excitation av Janus-givarens longitudinella vibration. Dess struktur kan fungera på djupare vatten utan användning av tryckkompenseringsanordningar. , Genom att använda kopplingen av vätskehålighetsresonansläget och det longitudinella vibrationsläget, har den lågfrekventa, bredbandiga, högeffektegenskaper och har samtidigt en relativt liten storlek, som är lämplig för användning som en lågfrekvent ljudkälla för djuphavsområdet. IXBLUE har utvecklat en mängd olika djupgående Janus-Helmholtz-givare JH250-6000, JH650-6000, etc. Arbetsfrekvensbandet för JH250-6000-givaren är 200Hz-1050Hz, den totala storleken är Φ2 cm, källan, ljudnivån, är 1,2 cm, 72 kg. större än 196dB; arbetsfrekvensbandet för JH650-6000-givaren är 580Hz-2020Hz, den yttre dimensionen är Φ 45*61cm och vikten är 90kg. Ljudkällans nivå är högre än 196dB; dess brister är stora svängningar i bandet.

 

Många inhemska enheter har också utfört relaterade undersökningar om Janus-Helmholtz-givare. Denna typ av givare har en relativt liten storlek och vikt för att erhålla en lågfrekvent arbetseffekt, och teoretiskt sett förändras inte givarens prestanda med djupet och har goda möjligheter till användning. Huvudproblemet är att resonansläget för vätskekavitet har ett högt Q-värde, vilket leder till skarpa konduktans- och svarskurvor nära resonanstoppen för vätskekaviteten, vilket inte främjar utformningen av det matchande nätverket och har en viss inverkan på bredbandsdriften. Hangzhou Institute of Applied Acoustics har bedrivit forskning om problemen med JH-givare och effektivt förbättrat de två resonanslägeskopplingsproblemen för traditionella Janus-Helmholtz-givare, och förbättrat givarens bandbredd och arbetsfrekvensband. Sändningsspänningens planhet. Den producerade prototypgivaren har ett arbetsfrekvensområde på 400~700Hz, en vätskekavitetstopp på 480Hz, en överföringsspänningssvarsbandbredd (6dB) större än 200Hz och en maximal ljudkällasnivå på 205dB. Det relativt högfrekventa arbetsfrekvensområdet för prototypen är 700~1400Hz, vätskekavitetstoppen är 760Hz, överföringsspänningens svarsbandbredd (6dB) är större än 500Hz och den maximala ljudkällans nivå är 200dB.

 

2.3 Janus-Hammer Bell-givare

 

2013, djupvattengivare, som skiljer sig ganska mycket från den traditionella JH-givaren. Den inkluderar specifikt en dubbelriktad utstrålande longitudinell vibrationsgivare och ett styvt cylindriskt skal, som är monterat på en styv cylinder. På medelmassan. Mekanismen ligger i kopplingen av det dubbla longitudinella vibrationsläget och det toroidformade läget (två aluminiumringar). Den längsgående vibrationen driver vätskan i kaviteten att vibrera, vilket får det styva cylindriska skalet att resonera. Den longitudinella moden är kopplad med skalets radiella mod. För att uppnå bredbandsstrålning är nivån inom bandet i princip icke-riktad. Använd den här givaren för att utföra experimentet med långdistansljudspridning. JHB-givaren placeras på kanalaxeln (cirka 1000 m), och den vertikala mottagningsmatrisen på 20 yuan används för att framgångsrikt ta emot 1000 km-signalen.

2.4 Överströmningsringgivare

 

Överströmningsringgivaren är en vanlig typ av djupvattengivare i mellan- och lågfrekvensbanden. De inre och yttre ytorna på den keramiska ringen är tätade med vattentäta material (polyuretan eller vulkaniserat gummi). Det hydrostatiska trycket på strukturen är självbalanserat, och teoretiskt är arbetsdjupet inte begränsat av vattendjupet. Samtidigt kan en rimlig utformning av vätskekavitetsstorleken hos den toroidformade givaren excitera den lågfrekventa vätskekavitetsresonanstoppen och kombineras med den radiella resonansen hos själva toroiden för att uppnå bredbandsarbetseffekter i flera lägen. Arbeta i allmänhet i frekvensområdet 1kHz~10kHz. För frekvensband under 1kHz behöver stora mosaikringar tillverkas, vilket kräver hög monteringsteknik. Överströmningsringgivaren som rapporterats utomlands har ett fungerande frekvensband på 250Hz-1kHz och en ljudkälla. Nivån är 197dB, diametern är 1m, höjden är 1,6m och vikten är ca 800kg.

lan 'djuphavsakustisk tomografi latent standard', och har uppnått preliminära resultat, men det finns fortfarande utrymme för ytterligare förbättringar. Enhetens arbetsfrekvensområde är 400Hz~550Hz, det maximala överföringsspänningssvaret är 132dB och den maximala ljudkällans nivå är 182dB. Baserat på de två uppsättningarna av djuphavsakustiska tomografiska ubåtsmål för denna givare, lågfrekvent (500Hz), djupvatten (1000m kanalaxeldjup), Långsiktig (3 månader tjänstgöringstid) akustisk signalemission och akustisk signalmottagning på den vertikala profilen på ett djup av 15000m~15000m. I bruksmodellpatentet för den applicerade överflödesflex-spänningsgivaren används styv skumplast som tryckbeständigt material, resonansfrekvensen är 2,4 kHz och överföringsspänningssvaret är 126dB. Harbin Engineering University föreslog i patentet 'En fasinverterad djuphavsflexibla akustisk undervattensgivare'. Genom att installera halvvågslängds inverterade rör i båda ändarna av IV-typ flextensionsgivare, utstrålas den inre strålningen från overflow-typ flextensionsgivare. Ljudtrycksfasen inverteras med 180 grader, vilket justerar ljudtrycksfasen inuti det böjningsstrålande skalet, så att ljudtrycket som utstrålas från den inre sidan vid munstycket på det inverterade röret är i samma fas som ljudtrycket som utstrålas från utsidan av det vibrerande skalet, vilket övervinner det traditionella problemet med låg strålningseffektivitet för överflödestransducer-flexen. Genom denna konstruktion har givaren tre i-fasstrålande ytor, nämligen den elliptiska plana kolvens strålande yta vid båda ändarna och den skalstrålande ytan på flextensionsgivaren, som bildar ett ternärt i-fas-matrisläge, vilket möjliggör flextensionstransduktion. Enheten bildar en siffra av åtta direktivitet, vilket gör att den har egenskaperna för riktad emission.

2.6 Gaskompenserad lågfrekvent givare

 

Det amerikanska företaget Alliant Techsystems utvecklade den ultralågfrekventa högeffekts akustiska undervattensgivaren HX-554 för 1993-1994 Acoustic Thermometri of Ocean Climate (ATOC). Givaren består av 10 piezoelektriska kristallstaplar med längd 1085 mm, bredd 119 mm och tjocklek 53 mm (varje kristallstapel är gjord av 92 piezoelektriska keramiska kvadratiska plattor sammanfogade, och en sektion av passivt material läggs till i mitten av kristallbunten) till en kristallbunt. Formad struktur, med en uppblåsbar väska inuti för att balansera det hydrostatiska trycket, och arbetsdjupet kan nå 1000 meter. Givaren använder piezoelektriska stackböjningsvibrationer för att avge horisontella icke-riktade ljudvågor. Resonansfrekvensen är 75Hz, arbetsbandbredden är 57-92Hz och den maximala ljudkällans nivå är 197dB (ljudeffekt 420W, CW-puls); givarens totala storlek är 2,06 lång. m, 0,94m i diameter, 2300kg i luft, 770kg i vatten, plus stödstruktur och uppblåsningssystem, totalvikten är 5500kg.

 

2.7 Hydrodynamisk ljudkälla

Den vätskedrivna ljudkällan använder hydraulisk drivning för att generera vibrationer och har egenskaperna för ultralåg frekvensemission, bred arbetsfrekvens, lång arbetstakt och stor dragkraft. Den hydrauliska ljudkällan HLF-1 som utvecklats av Hydroacoustics har ett arbetsfrekvensområde på 20Hz-2kHz, ljudkällans nivå kan nå 196dB vid 260Hz resonans, och dess maximala storlek är 1m. Den utvecklade hydrauliska ljudkällan HLF-4 har en enda ljudkälla med en ljudkälla på 206dB vid en resonansfrekvens på 57Hz och en bandbredd på 14Hz. 5 ljudkällor används för att bilda en matris och ljudkällans nivå har nått 221dB. Den var känd 1991. Denna givare användes i Heard Islands havstemperaturmätningstest, och den akustiska signalen har ett utbredningsavstånd på 18 000 km.

 

3 Slutsats

Olika typer av lågfrekventa sändande givare för djupvatten har stora skillnader i storlek, vikt och djupa akustiska egenskaper. Det är omöjligt att tillgodose behoven hos olika typer av ekolodsutrustning med en givare. Till exempel har överströmningsringgivaren bra prestanda. Stabilitet på djupt vatten, riktning mot full utrymmestäckning, bättre bredbandseffekt, men motsvarande storlek och vikt är relativt stor; JH-givaren uppnår lågfrekvent och bredbandsdrift i en relativt liten volym, men dess riktning förändras mer med frekvensen. Stora, och det finns ofta djupa 'dalar' i frekvensbandet, vilket har en viss inverkan på den faktiska användningseffekten. Enligt projektets faktiska behov bör omfattande hänsyn tas till kraven på lämplighet, ljudkällasnivå, riktverkan, bredbandsdrift, etc., och lämplig typ av djupvattenssändande lågfrekvent givare bör väljas.