Forskningsframsteg och utvecklingsmöjligheter för undervattensteknik för akustisk omvandlare(2

 Forskningsframsteg för djupvattengivare

 

Djuphavsrymden är de nya befallande höjderna av nuvarande maritima militära konkurrens. Ett av mitt lands strategiska marina mål är att gå mot djupblått. Utvecklingen av djuphavsakustisk utrustning främjar kontinuerliga genombrott inom djupvattenstransduktorforskning. Bland de lågfrekventa givare som introduceras i avsnitt 1.1 i den här artikeln, är den böjda skivomvandlaren och givaren för kopplingsring med rörstråle med överflödeskavitetsstruktur också designexempel på djupvattengivare. Jag ska inte upprepa dem här, utan presentera några typiska. De nya forskningsresultaten för djupvattengivare.

 

Figur 7a visar de två huvud Helmholtz undervattens akustiska omvandlarstrukturer som använder ändexcitation och mellanexcitering. Teoretisk studie av resonansfrekvensen för vätskekaviteten under elastiska väggförhållanden utförs. Figur 7b visar den designade lågfrekventa bredbandsgivaren med flera kaviteter som använder överströmningsrörsgivare som excitationskälla. Den lågfrekventa och högeffekts Janus-Helmholtz-givaren utformad i fig. 7c; det är också genom att förlänga kavitetscylindern på Janus-Helmholtz-givaren mot kolvstrålningens framsida, ett nytt vätskehålrum bildas vid Janus-kylarens mynning. Janus-Helmholtz-givaren med flera kaviteter (Figur 7d) gör det möjligt för givaren att ha ett bredare arbetsfrekvensband. Figur 7e visar den designade djupvattengivaren för bräddningsring för akustisk undervattenskommunikation. Konstruktionen utnyttjar kopplingseffekten av resonans i vätskekavitet och radiell vibration i cirkulär ring för att uppnå bredbandsdriftsegenskaper. Figur 7f visar den designade halvutrymmesriktningen för överströmningsringens bredbandsgivare för djupvatten. Metallbasen används för att förbättra givarens vertikala riktning och dämpa den bakre strålningen. Den längsgående bredbandsgivaren för djupt vatten utformad i figur 7g. Givaren använder kopplingen av longitudinella vibrationer och frontkåpans böjningsvibrationer för att uppnå bredbandsdrift. Givaren är inkapslad i ett tryckbeständigt hölje av titanlegering, och höljet och givaren är fyllda med silikonolja. , Genom tryckbalansanordningen för att uppnå djupvattenarbete.

 

Figur 7 Djupvattensgivare

1.4 Forskningsframsteg för vektorhydrofon

Med människors djupa uppmärksamhet på vektorinformation av ljudfält och vikten av vektorhydrofonforskning , vektorhydrofonteknologi fortsätter att utvecklas och har blivit en av de internationella forskningshotspotsna de senaste åren. Under 2000-talet är mitt lands forskning om vektorhydrofonapplikationer den mest aktiva. Enligt de statistiska resultaten i slutet av 2014 kom nästan hälften av de akademiska prestationerna inom området internationella vektorhydrofoner och deras tillämpningar från mitt land. Här är en kort introduktion till de senaste forskningsframstegen för vektorhydrofoner.

 

Den typiska strukturen för en vektorhydrofon är ett co-mode. Co-mode vektorhydrofonen tillverkas genom att inkapsla tröghetskänsliga element (vibrationsaccelerometrar, hastighetsmätare, etc.) i ett sfäriskt eller cylindriskt skal. Dess arbetsprincip är baserad på egenskaperna hos en stel sfär eller cylinder som gör en oscillerande rörelse under inverkan av ett ljudfält, och är generellt utformad för noll flytkraft (Figur 8a). Teorin och tekniken inom detta område är relativt mogen. Nuförtiden används nya typer av piezoelektriska enkristallmaterial PMNT och PZNT för att minska volymen på hydrofonen, öka känsligheten och minska självbruset. Vektorhydrofoner används huvudsakligen i landbaserade arrayer, bogserade arrayer och sidoarrayer. Lågfrekventa vektorhydrofoner används också i marin miljöbullermätning, dränkbara/bojar och andra system.

Figur 8 Vektorhydrofon

Figur 8b är en samvibrerande kolumnvektorhydrofon som kan installeras fast. Dess grundläggande princip har inte förändrats. I strukturen ersätts upphängningsramen av en monteringsstång, och upphängningsfjädern ändras till en gummifjäder. Användningsscenariot för denna struktur kan utökas till fast installation på plattformsbäraren.

 

Med utvecklingen av mikro-elektromekanisk processteknik (MEMS) har MEMS-teknik tillämpats på design och utveckling av vektorhydrofoner. MEMS-teknik kan integrera mikroelektroniska komponenter som känsliga enheter, styrkretsar, lågbrusmatchningskretsar och samplingsförbehandlingsmoduler. I den ena omvandlas den akustiska signalen till en elektrisk signal. Ett typiskt arbetsläge är att använda en mikroaccelerationssensor som ett känsligt element (Figur 8c), använda principen om piezoresistiv effekt av enkristallkisel för att designa ett känsligt chip och utveckla en 3-dimensionell samvibrationscylindrisk komposit MEMS-vektorhydrofon. Ett annat arbetsläge är baserat på principen om bionik, som imiterar principen för fiskens mekaniska avkänningsceller i sidled för att känna av vattenrörelser, och designade en MEMS piezoresistiv vektorhydrofon (Figur 8d).

 

Optisk fiberhydrofon är en av de framgångsrika tillämpningarna av optisk fiberavkänningsteknik inom området undervattensakustik. Den visar de tekniska egenskaperna för hög känslighet, lågt brus, stort dynamiskt omfång och anti-interferens. På senare år har det också använts flitigt i vektorhydrofoner. Forskare har designat och utvecklat en fiberoptisk vektorhydrofon. Figur 8e är en tredimensionell cylindrisk fiberoptisk vektorhydrofon. Baserat på Bragg-gallret är accelerationsavkänningsenheten och ljudtrycksavkänningsenheten utformade, och ljudtryck-vibrationshastighetsvektorhydrofonen utvecklas. Figur 8f är en sfärisk fibervektorhydrofon i 3D. Baserat på det fullständiga polarisationsupprätthållande fiberinterferenssystemet har en 3D ortogonal dorninterferometrisk fibervektorhydrofon utvecklats, som har en kompakt struktur och ljudcentrum sammanfaller vid en punkt.

 

Forskningens framsteg för lågfrekventa givare, högfrekventa bredbandsgivare, djupvattengivare och vektorhydrofoner. Även om de insamlade uppgifterna inte är uttömmande, är de ganska typiska och representativa. Den skildrar i grunden gränsöversikten av utvecklingen av mitt lands akustiska undervattensgivare. Jämfört med det ikoniska innovationsarbetet på givare under olika perioder i världen, är en betydande del av det innovativa designarbetet i mitt land flera år eller till och med mer än tio år senare än den internationella spjutspetsteknologin.

 

Den största drivkraften för utvecklingen av mitt lands hydroakustiska givare kommer från tillämpningskraven inom området för hydroakustisk teknik. I en period då mitt lands ekonomiska styrka och vetenskapliga och tekniska styrka är relativt svag är denna utvecklingsmetod den mest effektiva, men efter lång tid kommer det att finnas uppenbara historiska spår, vilket resulterar i osystematiska discipliner, ofullständiga produktserier och teoretiska grunder. Situationen med opålitlig, ofullkomlig specialiserad teknik, ohållbart professionellt stöd och instabilt talangteam.

 

När det gäller djupvattentransduktorteknologi har vissa stora marina länder redan haft många mogna teknologier och serier av produkter under 1900-talet. Viss civil djuphavsakustisk utrustning kan också exporteras till mitt land. Efterfrågan på djuphavsekolodsteknik i mitt land var dock fortfarande inte stark förrän i slutet av 1900-talet. Djupvattenstransduktorteknologin var nästan i ett tomt tillstånd vid den tiden. Under de senaste åren har landet ökat sina investeringar och uppmärksammat forskningen om grundläggande teorier och grundläggande kärnanordningar. Nya landvinningar inom området för akustiska undervattensgivare har dykt upp, tekniska möjligheter har förbättrats år för år och tekniska framsteg har varit anmärkningsvärda. En del av forskningsresultaten som listas i den föregående artikeln är synkroniserade med den internationella gränsnivån, men den övergripande synkroniseringen och den omfattande parallella utvecklingstakten är långt ifrån att bildas, särskilt i de historiskt korta och svaga givarteknologiska riktningarna och nya tekniska landvinningar. Det är bara sällsynt, och produktens prestanda är fortfarande mycket svag.