Технологія акустичних векторних перетворювачів привернула велику увагу промисловості підводної акустики

The Підводний векторний перетворювач складається з традиційного ненаправленого датчика звукового тиску та дипольно спрямованого точкового датчика швидкості вібрації. Він може одночасно вимірювати звуковий тиск у точці звукового поля та кілька ортогональних компонентів коливальної швидкості частинок. Інформація про амплітуду та фазу надала нові ідеї для вирішення деяких підводних акустичних проблем. Через свою фактичну та потенційну цінність інженерного застосування технологія акустичних векторних датчиків, пов’язана з цим, привернула велику увагу спільноти підводної акустики за останні десять років. У цій статті зроблено спробу підсумувати історію розвитку, статус-кво та певний прогрес у дослідженнях технології векторних акустичних датчиків у фізичній основі, проектуванні та виробництві ультразвукових датчиків, а також відповідних інженерних застосувань за останні п’ятдесят років.

Як новий тип обладнання для підводних акустичних вимірювань, акустичний векторний перетворювач може не тільки вимірювати найпоширенішу скалярну фізичну величину в звуковому полі - звуковий тиск, але також безпосередньо і синхронно вимірювати вектор швидкості вібрації частинок рідкого середовища в декартовій системі координат в тій самій точці звукового поля. Наступний x,,,: компонент осьової проекції, зазвичай використовується у формі трикомпонентного та двокомпонентного. За структурою він складається з традиційного ненаправленого датчика звукового тиску та дипольно-спрямованого перетворювача швидкості частинок. Датчик швидкості частинок є основним компонентом, і його чутливість і робоча стабільність обмежують звуковий вектор. Проектування, виробництво, обробка, складання, калібрування та використання датчиків і багато інших ланок.

Незважаючи на те, що в цьому документі цей тип датчика називається акустичним векторним перетворювачем, він має різні назви в країні та за кордоном. Наприклад, в Росії датчик коливальної швидкості частинок називається векторер-приймач, а акустичний векторний датчик — композитний приймач (conlbinederceiver); у Сполучених Штатах перетворювач вектора звуку також називають датчиком швидкості звуку (presure-veloeity sensororp), а деякі називають зондом інтенсивності звуку. Основні сфери застосування технології акустичних векторних датчиків можуть охоплювати підводний акустичний попереджувальний гідролокатор, гідролокатор з буксирною лінією, конформний гідролокатор з фланговою групою, звуковий детонатор мін, гідролокатор виявлення торпед, багатостатичний гідролокатор, навігаційне позиціонування та розподіл мережі датчиків підводних транспортних засобів тощо. В аероакустиці акустичний векторний перетворювач може використовуватися для виявлення вертольотів і невидимки на полі бою. літак, ідентифікація джерел шуму та інтенсивність звуку, вимірювання потужності звуку тощо. Крім того, існують електромагнітні векторні перетворювачі, форма обробки сигналу яких подібна до підводного звуку.

Технологія акустичних векторних перетворювачів є одним із напрямків досліджень, які привернули велику увагу з боку індустрії вимірювань підводної акустики за останні десять років. Від класичних статей, опублікованих американськими вченими в середині 1950-х років про використання інерційних датчиків для прямого вимірювання вібраційної швидкості частинок у воді, до успішної розробки акустичних векторних датчиків вченими в колишньому Радянському Союзі в 1970-х і 1980-х роках. (композитний гідрофон) Було проведено дослідження шуму морського навколишнього середовища, і лише в 1990-х роках поступово почався бум досліджень технології векторних акустичних датчиків.

У 1991 році російські вчені опублікували першу в світі монографію про технологію векторних акустичних датчиків «метод акустичних векторних фаз», в якій всебічно обговорювалися принципи та застосування технології векторних акустичних датчиків. Американський журнал акустики, том 89, № 3, 1991 р. У другому випуску тому 90 опубліковано три статті про дослідження векторних акустичних датчиків вченими зі Сполучених Штатів і Росії. Така ситуація ніколи раніше не траплялася. Потенційні перспективи військового застосування цієї технології спонукали Агентство військово-морських досліджень США (ONR) У 1995 році він виступив спонсором Акустичного товариства Америки провести симпозіум з акустичних векторних перетворювачів і опублікував збірку есе під назвою «Датчики швидкості акустичних коливань: дизайн, продуктивність і застосування», яка в основному відображає сучасні американські вчені працюють у цій галузі, але досі це один із найцінніших довідкових матеріалів у цій галузі, і він також значно сприяв дослідженням у цій галузі. У 1997 році російський вчений опублікував монографію «Композитний підводний акустичний приймач» s1.

У 2001 році Центр військово-морських підводних боїв США (NUWC) провів семінар з направленого акустичного перетворювача і вперше запросив російських вчених взяти участь. У 2002 році OCEANS IEEE створив спеціальну мережу 'Sound Particle Vibration Velocity Sensors', яка охоплює проектування, виробництво та експерименти з низькочастотними та високочастотними звуковий векторний перетворювач і продуктивність спільної інформації звукового тиску та швидкості вібрації звукових частинок у відповідній обробці поля тощо. Усе це відображає останню дослідницьку ситуацію. 'Векторна акустика океану', опублікована в 2003 році, розробила дослідження характеристик скалярного поля звукового тиску шуму морського навколишнього середовища та запропонувала повний набір методів на основі акустичного векторного перетворювача, таких як морські експерименти, обробка даних і теоретичний аналіз. Незважаючи на те, що ідеї дизайну сучасного акустичного векторного перетворювача на основі інерційних датчиків і прототипи серійних зразків вперше з'явилися в США, за активної ініціативи і просування Ржевікна і Захарова, Росія повинна досягти прогресу в фундаментальних дослідженнях і прикладних дослідженнях технології акустичних векторних датчиків. Це далі, і воно увійшло в десятку кращих підводних акустичних технологій в Росії в 20 столітті.

Пов’язану домашню роботу можна простежити до дослідницької роботи з градієнта звукового тиску гідрофона та вимірювання інтенсивності звуку з подвійним гідрофоном на початку 1990-х років. Але більш поглиблені дослідження почалися після 1998 року. Експеримент на озері Сунхуа в 1998 році та морські випробування в Даляні в 2000 році були першими двома польовими експериментами з технологією акустичних векторних перетворювачів у Китаї, за якими пішов експеримент у резервуарі в 2002 році та в Східно-Китайському морі в 2003 році. Автор має честь брати участь у цих експериментах і пов’язаних з ними дослідницьких роботах.