Дослідження та можливості розробки технології підводного акустичного перетворювача (2

 Хід досліджень глибоководних перетворювачів

 

Глибоководний простір - це нові командні висоти нинішнього морського військового змагання. Однією з морських стратегічних цілей моєї країни є рух до глибокого синього кольору. Розвиток глибоководного акустичного обладнання сприяє постійним проривам у дослідженні глибоководних перетворювачів. Серед низькочастотних перетворювачів, представлених у розділі 1.1 цієї статті, вигнутий дисковий перетворювач і кільцевий перетворювач з трубчастою балкою зі структурою переливної порожнини також є прикладами конструкції глибоководних перетворювачів. Я не буду повторювати їх тут, але наведу деякі типові. Нові результати досліджень глибоководних перетворювачів.

 

На малюнку 7а показано два основних Гельмгольца підводні акустичні перетворювальні структури з використанням кінцевого та проміжного збудження. Проведено теоретичне дослідження резонансної частоти рідинної порожнини в умовах пружної стінки. На малюнку 7b показано сконструйований низькочастотний широкосмуговий перетворювач з декількома порожнинами, використовуючи перетворювач переливної трубки як джерело збудження. Низькочастотний і високопотужний перетворювач Януса-Гельмгольца, розроблений на рис. 7c; також завдяки розширенню циліндра порожнини перетворювача Януса-Гельмгольца до передньої частини випромінювання поршня утворюється нова рідинна порожнина в гирлі радіатора Януса. Датчик Януса-Гельмгольца з декількома порожнинами (рис. 7d) дозволяє датчику мати ширший діапазон робочих частот. На малюнку 7e показано сконструйований глибоководний перетворювач із переливним кільцем для підводного акустичного зв’язку. У конструкції використовується ефект зв’язку резонансу рідинної порожнини та кругової кільцевої радіальної вібрації для досягнення широкосмугових робочих характеристик. На малюнку 7f показано розраховану півпросторову спрямованість глибоководного широкосмугового перетворювача переливного кільця. Металева основа використовується для покращення вертикальної спрямованості перетворювача та придушення тильного випромінювання. Глибоководний широкосмуговий поздовжній перетворювач, розроблений на малюнку 7g. Перетворювач використовує зв’язок поздовжньої вібрації та вібрації на вигин передньої кришки для досягнення широкосмугової роботи. Перетворювач укладено в стійкий до тиску корпус із титанового сплаву, а сам корпус і перетворювач заповнені силіконовою олією. , За допомогою пристрою балансу тиску для досягнення роботи на глибині води.

 

Рисунок 7 Глибоководний датчик

1.4 Хід досліджень векторного гідрофону

З глибокою увагою людей до векторної інформації звукового поля та важливості дослідження векторних гідрофонів , технологія векторних гідрофонів продовжує розвиватися і за останні роки стала однією з гарячих точок міжнародних досліджень. У 21 столітті дослідження застосування векторних гідрофонів у моїй країні є найактивнішими. Відповідно до статистичних результатів наприкінці 2014 року, майже половина наукових досягнень у галузі міжнародних векторних гідрофонів та їх застосування прийшла з моєї країни. Ось короткий вступ до останніх досліджень векторних гідрофонів.

 

Типовою структурою векторного гідрофону є співрежим. Комодовий векторний гідрофон виготовляється шляхом укладання інерційних чутливих елементів (вібраційних акселерометрів, спідометрів тощо) у сферичну або циліндричну оболонку. Його принцип роботи заснований на характеристиках твердої сфери або циліндра, який здійснює коливальний рух під дією звукового поля, і, як правило, розроблений для нульової плавучості (рис. 8а). Теорія і технологія в цій галузі відносно зрілі. В даний час для зменшення гучності гідрофона, підвищення чутливості і зниження власних шумів використовуються нові види п'єзоелектричних монокристалічних матеріалів PMNT і PZNT. Векторні гідрофони в основному використовуються в берегових групах, буксируваних групах і бічних групах. Низькочастотні векторні гідрофони також використовуються в системах вимірювання шуму морського середовища, підводних/буйкових та інших системах.

Рисунок 8 Векторний гідрофон

На малюнку 8b зображено колонковий векторний гідрофон зі співвібрацією, який можна встановити нерухомо. Її основний принцип не змінився. У конструкції рама підвіски замінена на кріпильну тягу, а пружина підвіски замінена на гумову. Сценарій застосування цієї конструкції може бути розширений до стаціонарної установки на носій платформи.

 

З розвитком технології мікроелектромеханічної обробки (MEMS) технологія MEMS була застосована для проектування та розробки векторних гідрофонів. Технологія MEMS може інтегрувати мікроелектронні компоненти, такі як чутливі блоки, схеми керування, схеми узгодження з низьким рівнем шуму та модулі попередньої обробки зразків. В одному випадку акустичний сигнал перетворюється на електричний. Типовий робочий режим полягає у використанні датчика мікроприскорення як чутливого елемента (рис. 8c), використання принципу п’єзорезистивного ефекту монокристалічного кремнію для розробки чутливого чіпа та розробки 3-вимірного циліндричного композитного MEMS-векторного гідрофону з спільною вібрацією. Інший робочий режим заснований на принципі біоніки, імітуючи принцип бічних механічних чутливих клітин риби для сприйняття руху води, і створив п’єзорезистивний векторний гідрофон MEMS (рис. 8d).

 

Оптоволоконний гідрофон є одним із успішних застосувань оптоволоконної технології зондування в області підводної акустики. Він демонструє такі технічні характеристики, як висока чутливість, низький рівень шуму, великий динамічний діапазон і захист від перешкод. В останні роки він також широко використовується у векторних гідрофонах. Дослідники спроектували та розробили волоконно-оптичний векторний гідрофон. На малюнку 8e зображено тривимірний циліндричний волоконно-оптичний векторний гідрофон. На основі решітки Брегга розроблено блок вимірювання прискорення та блок вимірювання звукового тиску, а також розроблено гідрофон вектора швидкості звукового тиску та вібрації. На малюнку 8f зображено тривимірний сферичний волоконний векторний гідрофон. На основі волоконної інтерференційної системи із збереженням повної поляризації розроблено тривимірний ортогональний мандрельний інтерферометричний волоконний векторний гідрофон, який має компактну структуру та центр звуку збігається в одній точці.

 

Прогрес досліджень низькочастотних перетворювачів, високочастотних широкосмугових перетворювачів, глибоководні перетворювачі та векторні гідрофони. Хоча зібрані дані не є вичерпними, вони досить типові та репрезентативні. В основному він зображує передовий контур розвитку підводних акустичних перетворювачів моєї країни. Порівняно зі знаковими інноваційними роботами над перетворювачами в різні періоди в світі, значна частина інноваційних проектних робіт у моїй країні відбувається на кілька років або навіть більше десяти років пізніше, ніж міжнародний рівень передових технологій.

 

Найбільшим поштовхом для розвитку гідроакустичних перетворювачів у моїй країні стали вимоги до застосування в галузі гідроакустичної технології. У період, коли економічна потужність і науково-технічна потужність моєї країни відносно слабкі, цей метод розвитку є найефективнішим, але через тривалий період часу залишаться очевидні історичні сліди, що призведе до несистематичних дисциплін, неповної серії продуктів і теоретичних основ. Ситуація ненадійної, недосконалої спеціалізованої техніки, нестійкої професійної підтримки та нестабільної команди талантів.

 

Що стосується технології глибоководних перетворювачів, деякі великі морські країни вже мали багато зрілих технологій і серію продуктів у 20 столітті. Деяке цивільне глибоководне акустичне обладнання також можна експортувати до моєї країни. Однак попит на глибоководну гідролокаційну технологію в моїй країні не був високим до кінця 20 століття. Технологія глибоководних перетворювачів на той час була майже в порожньому стані. Останніми роками країна збільшила свої інвестиції та звернула увагу на дослідження базових теорій і базових основних пристроїв. З'являються нові досягнення в галузі підводних акустичних перетворювачів, технічні можливості вдосконалюються з кожним роком, а технологічний прогрес є вражаючим. Деякі з результатів досліджень, перерахованих у попередній статті, синхронізовані з міжнародним передовим рівнем, але загальна синхронізація та комплексний паралельний імпульс розвитку ще далекі від формування, особливо в історично коротких і слабких напрямках технології перетворювачів і нових технологічних досягненнях. Це рідко, і продуктивність продукту все ще дуже слабка.