Типи та конструкції підводних акустичних перетворювачів(1)

Звукові хвилі є єдиними носіями, які люди освоїли для передачі інформації та енергії на великі відстані у величезному морі. люди використовують електромагнітні хвилі для створення радарів. Так само люди використовують звукові хвилі як носії інформації для розвитку підводний акустичний перетворювач . Електронне обладнання для позиціонування, ідентифікації та гідролокації зв'язку. Перед обличчям величезного океану Sonar виконує важливу місію: охопити всі куточки величезного моря, ідентифікувати різноманітні речі, розповісти людям справжнє обличчя підводного світу, допомогти людям досліджувати таємниці океану. Щоб стати навігацією підводного зв’язку, вони працюють у таких сферах, як аквакультура, рибальство, розробка морських ресурсів, морська геологічна та геоморфологічна розвідка, військова зброя тощо. Причина, чому звукові хвилі стають найкращим носієм підводної інформації, полягає в тому, що звукові хвилі у водному середовищі мають найменший коефіцієнт загасання порівняно з іншими фізичними полями, такими як електромагнітні хвилі, і можна отримати поширення на великі відстані. Ця перевага робить ехолот, який спостерігає під водою з початкового використання ультразвукових хвиль. Мета починається і продовжує розвиватися. В даний час діапазон робочих частот гідролокатора розширено до широкого діапазону. Активний ехолот становить від десятків герц до кількох десятків мегагерц. Низькочастотний діапазон пасивних гідролокаторів розширено до інфразвукового діапазону. У такій широкій смузі частот, згідно з нормативами. Форма сигналу збуджує важливий пристрій, який генерує звукові хвилі та відчуває та приймає звукові хвилі у воді без спотворень. Це називається гідроакустичним перетворювачем або групою гідролокаторів. Ці пристрої є переднім обладнанням гідроакустичної системи. Вони також є «вікном» для взаємодії гідролокаційної системи та обміну інформацією з водним середовищем. Вони є гідролокаційною системою, тому перетворювач гідролокатора або групу гідролокаторів яскраво називають 'очима та вухами' гідролокаційної системи. З безперервним розширенням сфери застосування гідроакустичної технології, удосконаленням військового протистояння та оперативних потреб нескінченним потоком з’явилися нові принципи, нові технології та нове гідроакустичне обладнання. Розробка нових сонарних технологій стала причиною швидкого розвитку підводного ультразвукового перетворювача . технологія Ті самі технологічні прориви в області перетворювачів і розробка нових матеріалів, нових механізмів і нових структурних перетворювачів також змінили вигляд гідроакустичної системи. Ось короткий огляд розвитку технології перетворювачів, включаючи гідроакустичний перетворювач з нового матеріалу, нову структуру та новий механізм гідроакустичного перетворювача, новий гідрофон, технологію широкосмугового перетворювача тощо.

 Новий матеріал підводний акустичний перетворювач :

The П'єзоелектричні перетворювачі ADCP - це пристрій, який реалізує перетворення енергії в гідролокаційній системі. Є спеціальний матеріал зі здатністю перетворювати енергію. Цей матеріал називають функціональним. Функціональні матеріали, які використовуються для виготовлення перетворювача, в основному включають п’єзоелектричні матеріали (такі як п’єзоелектричні кристали, п’єзоелектрична кераміка, п’єзоелектричні полімери тощо) і магнітострикційні матеріали (такі як нікель, кобальт, сплав нікелю та заліза, ферит, рідкоземельний феросплав тощо), вони використовують п’єзоелектричний ефект і магнітострикційний ефект для реалізації взаємного перетворення енергії електричного поля, енергії магнітного поля та механічної енергії. Прорив у технології перетворювачів фундаментально визначається технологічними проривами у функціональних матеріалах. В останні роки технічні досягнення в різних областях функціональних матеріалів також привели до розвитку технології перетворювачів. У 1963 році доктор Кларк виявив, що рідкоземельні матеріали серії лантаноїдів мають дивовижні магнітострикційні властивості, але вони не були використані на практиці, оскільки температура Кюрі нижча за кімнатну. було виявлено, що рідкоземельні елементи та залізо, що складається з подвійних, потрійних або четвертинних сплавів, також мають супермагнітострикційні властивості при кімнатній температурі. Найбільш репрезентативним сплавом землі є терфенол (компоненти Tb, Dy, Fe).

Це новий функціональний матеріал, який отримав багато уваги з 1980-х років. сегнетоелектричний монокристал вісмуту магнію силікат магнат-свинець титанат (PMN-PT) і свинець вісмут цитрат-свинець титанат (PZN-PT), це новий тип композиційного перовскітного кристалічного матеріалу, який також є раптовим зростанням. Новий клас функціональних матеріалів із перспективним застосуванням. До цього нікель зазвичай використовувався в матеріалах датчика глибини. У 1917 році французький вчений Ланг Жівань використав кварцовий кристал для виготовлення гідролокатора, створивши прецедент для застосування п’єзоелектричних матеріалів у гідролокаторах у 1940-х роках, BaTiO з сильними п’єзоелектричними властивостями. П’єзокераміка була успішно розроблена та широко використовувалася в гідролокаторних системах під час Другої світової війни; П'єзоелектрична кераміка PZT, розроблена в 1950-х роках, компенсувала Ba-TiO, кераміку з її широким діапазоном робочих температур і чудовою ефективністю електромеханічного перетворення. Недоліки рідкоземельного сплаву, який колись був кращим матеріалом для гідроакустичних перетворювачів, є більшими при низьких температурах, ніж при кімнатній температурі, наприклад Tb і Dy0 при 77 K. Магнітострикційна деформація матеріалу має максимальне значення 0,65%, тоді як Tefenol-D має магнітострикційну деформацію 0,25% при кімнатній температурі.

Щодо ультразвукового гідроакустичного перетворювача, матеріал стрижня з рідкоземельного сплаву поміщається в камеру холодного повітря, циркулює та охолоджується градирнею холодильника. Камера холодного газу забезпечується магнітним полем зміщення постійного струму та магнітним полем збудження котушкою з надпровідного матеріалу, а магнітострикційний стрижень збуджується для генерації розтягувальної вібрації та проходить через машину. Перехід передається до випромінюючої поверхні поршня, а випромінююча поверхня поршня штовхає водне середовище для генерації випромінювання хвилі тиску. Вакуумна камера сконструйована в конструкції, мета - ізолювати теплопровідність. Зовнішня стінка вакуумної камери являє собою профільовану жаростійку кришку, яка витримує тиск 10 атмосфер. Основні технічні параметри наступні: резонансна частота 430 Гц, максимальний рівень джерела звуку 181,4 дБ, ККД близько 25%. Цей тип перетворювача є складним у процесі виготовлення. В останні роки люди все ще бажають використовувати матеріали Terfenol-D, які працюють при кімнатній температурі, відкидаючи деякі магнітострикційні деформації та замінюючи їх новими структурами для досягнення ефективності випромінювання. 

Нижче наведено короткий вступ до прогресу досліджень кількох структурних магнітострикційних матеріалів для підводний акустичний перетворювач s. Поздовжній перетворювач має просту конструкцію, а магнітострикційний стрижень поєднується з передньою радіаційною головкою та хвостовою масою для формування одновимірної вібраційної системи. Передня радіаційна головка, як правило, є легким матеріалом, а хвостова маса, як правило, є щільним матеріалом для досягнення радіаційної поверхні та більшого вібраційного зміщення. Представлено два типи поздовжніх перетворювачів, розроблених з використанням матеріалів Terfenol-D. Один – загальний поздовжній перетворювач з резонансною частотою 1200 Гц, звуковою потужністю 3 кВт і масою перетворювача 60 кг. Інший - це два кінці рідкоземельного стрижня. Вони сконструйовані як випромінювальні поздовжні перетворювачі з подвійним кінцем з резонансною частотою 400 Гц, звуковою потужністю 1,5 кВт і вагою перетворювача 100 кг. Що стосується круглого
датчика ультразвукового датчика глибини, він складається з ряду рідкоземельних стрижнів, що охоплюють правильний багатокутник, і серії круглих поверхонь, збуджених перехідною частиною для радіального. вібрації для досягнення високої потужності акустичного випромінювання. Який розробив серію рідкоземельних низькочастотних високопотужних тороїдальних перетворювачів з резонансною частотою 200 Гц (внутрішній діаметр 0,56 м, зовнішній діаметр 0,94 м, висота 0,37 м, рівень джерела звуку 193 дБ, вага) 410 кг) і перетворювач з резонансною частотою 30 Гц (діаметр 2 м, висота 1,1 дюйма, рівень джерела звуку). 195 дБ, вага 5 т).