Исследовать прогресс и возможности разработки подводных акустических преобразователей технологии

Акустические волны считаются единственным информационным носителем, который может пройти большие расстояния в океане. Морские исследования, разработка ресурсов и морская военная борьба - все неразделимы от подводных акустических технологий. Разработка гидроакустической технологии требует, чтобы различные типы гидроакустических преобразователей для обеспечения поддержки, а миссия гидроакустических преобразователей состоит преобразователи в основном включают в себя применение новых материалов, принятие новых процессов и проектирование новых структур для достижения улучшения и улучшения комплексных технических характеристик преобразователя. Срочный спрос с области гидроакустической технологии - это прямая разработка Гидроакустические преобразователи. Власть. Эта статья посвящена результатам внутренних исследований подводных акустических преобразователей за последние 20 лет, в основном включающих новые разработки в низкочастотных преобразователях, высокочастотных широкополосных преобразователях, глубоководных преобразователей и вектор гидрофонов. Анализ и краткое изложение в сочетании с М В стратегии и ситуации развития морских технологий в стране кратко обсуждаются проблемы и возможности развития, с которыми сталкиваются нынешняя технология подводного акустического преобразователя.

Аподводной акустический датчикэто тип датчика, который реализует преобразование звука и других форм энергии или информации в водной среде; Подводной акустический преобразователь является передним оборудованием системы сонар, а также взаимодействие между системой сонар и средством воды для обмена информацией. Window \". Область исследований и разработки технологии подводного акустического преобразователя включает интеграцию нескольких дисциплин, а тесно связанные дисциплины в основном включают в себя физику, материалому, математику, механику, электронику, химию, механику и т. Д. Развитие подводных акустических преобразователей он тесно связан с достижениями других основных дисциплин и в то же время ограничено развитием различных связанных дисциплин. Судя по десятилетиям истории развития гидроакустических преобразователей моей страны, самая большая мотивация развития приходит Из требований к применению в области гидроакустических технологий, но до конца 20 -го века развитие технологии гидроакустического преобразователя моей страны не имела общего и систематического характера.

1.1 Исследование прогресса низкочастотных преобразователей

В ответ на неотложные потребности подводной передачи подводной информации сверхуровневого диапазона и развитию ультра-звеневского обнаружения подводных лодок, низкочастотные передавающие преобразователи стали одной из наиболее заинтересованных точек горячих в области подводных акустических преобразователей с 21-го века. Рабочая полоса частоты иностранного ультра-длинного обнаружения и общения сонар уменьшилась примерно до 100 Гц. Низкочастотные преобразователи включают в себя множество теоретических и технических проблем, которые в настоящее время не были решены хорошо, и этот аспект все еще будет исследовательской точкой и фокусом внимания в будущем развитии. Этот раздел выбирает исследовательскую работу низкочастотных преобразователей изгибного вибрации и преобразователей изгибного натяжения и суммирует новые технологические достижения.

1.1.1 Низкочастотный преобразователь изгибающих вибраций

Первой технической проблемой, с которой сталкивается разработка низкочастотных подводных преобразователей, является геометрический размер. Как правило, рабочая частота резонансных преобразователей обратно пропорциональна геометрическому размеру. То есть чем ниже частота преобразователя, тем больше будет геометрический размер. Вибрация может эффективно уменьшить геометрический размер низкочастотных преобразователей. Новые конструкции низкочастотных преобразователей изгибной вибрации в Китае за последние 20 лет в основном включают в себя изогнутые преобразователи луча и преобразователи изогнутых дисков.

(1) преобразователь изгибающего луча. Проектируйте цилиндрический консольный транс -передатчика передатчика (рис. 1А). Конструкция конструкции сочетает в себе характеристики модальной частоты вибрации низкой изгибы и метода мультимодальной вибрационной связи для расширения полосы частот. Chai Yong et al. Предлагается преобразователь кольца с соединением трубки (рис. 1B). Добавив изогнутый луч в инкрустированный кольцевой датчик, чтобы сформировать структуру сочетания трубки, эффективный рабочий режим увеличивается. Используйте мультимодную связь для достижения низкочастотных и широкополосных рабочих характеристик. Структура переполнения принята, и ее способность противостоять гидростатическому давлению была подтверждена фактическим применением 3000-метрового погружного стандарта. Xu et al. предложили две схемы дизайна дляцилиндрические низкочастотные преобразователи(Рисунок 1C и D), проводил серию моделирования и дал кривые отклика излучения, управляемые новыми магнитострикционными материалами Terfenol-D и галфенолом. Это демонстрирует потенциал структуры преобразователя для применений сверхнизких частот.

(3) Связь дискового преобразователя. Изогнутый преобразователь диска включает в себя трехсторонние, двойные структуры и так далее. На рисунке 2а показан компактный изогнутый преобразователь диска, состоящий из пары двойных ламинаций. Иностранная исследовательская работа относительно зрелая. Он проводит подробные исследования этой основной структуры преобразователя изогнутого диска. Начиная с этой основной структуры, разработав жидкую камеру и улучшая режим вождения, были созданы некоторые новые конструкции]. Рисунок 2B представляет собой изогнутый датчик диска, управляемый мозаичным кольцом. В конструкции рисунка 2C используются изогнутые датчики диска разных размеров для формирования матрицы и используют различные методы вождения для достижения широкополосной работы. Рисунок 2D представляет собой изогнутый преобразователь диска со структурой перелива. Размер жидкой полости соответствующим образом корректируется в проекте, чтобы удовлетворить требования к акустической производительности. Это изогнутый преобразователь диска, управляемый галфенолом, который использует структуру, аналогичную продольному преобразователю, чтобы возбудить изгибающую вибрацию переднего излучения

Рисунок 2 Новый дизайн низкочастотного преобразователя с изогнутым диском

1.1.2 Flextensional Transducer

Концепция Flextensional Transducer началась с патента Хейса в 1936 году. Основным рабочим режимом является то, что один или несколько телескопических вибраторов стимулируют оболочку изгибной вибрации к созданию низкочастотного звукового излучения. Исследование и применение Flextensional Transducers в моей стране активно активно участвовало с конца 20 -го века. Исследователи разработали Flextensional Transcers с различными структурами. Согласно методу структуры и возбуждения, транс -датчики Flextension разделились на три категории. Этот метод классификации используется здесь для введения отдельно.

(2) преобразователь изгибающего натяжения с цилиндрической структурой. Этот тип преобразователя обусловлен продольным телескопическим вибратором для перевода гибкой вибрационной оболочки. Вибрирующая оболочка преобразователя представляет собой трансляционную структуру, то есть цилиндрическую оболочку различных форм, которая управляется одним или несколькими продольными телескопическими вибраторами. Включая Flextensional Transurecer типа IV и его структуру деформации, Flextensional Vii Type, преобразователь четырехстороннего флэкстензионного датчика и т. Д. Рисунок 3A является типичной структурой транс -датчика типа IV. Был разработан фликсенсионный преобразователь типа IV. Был разработан фликсенсионный преобразователь типа IV. Рисунок 3B-это новый дизайн транс-датчика типа VII, который управляется гигантским редкоземельным магнитом магнитострикционным материалом Terfenol-D. Метод возбуждения разработан в самой широкой части поперечного измерения, а пара параллельных вибраторов предназначена для глубокого взгляда на этот тип преобразователя. Серия исследований включает анализ проектирования Prestress, теоретическое моделирование, модальный анализ, экспериментальные исследования и т. Д. На рисунке 3C - это улучшенный новый дизайн Flextensional Transucer типа IV, который аналогичен улучшению проектирования транс -дачи типа I к типу II Flextensional Transducer, используя эллиптическую структуру оболочки с удлиненной длинной осью, преобразователь, который он управляется релаксаторным сегентоэлектрическим монокристаллическим материалом, который имеет лучшие широкополосные эксплуатационные характеристики, чем транс -датчик типа общего IV. Рисунок 3D является самой ранней новой конструкцией, чтобы улучшить фликсенсионный преобразователь типа IV в Китае-Flextensional Trastensional Trastension Type-Lip, который использует эллиптическую оболочку с переменной высотой и использует эллиптический привод с редкоземелью, Terfenol-D Drive, этот специальный вибратор Shell имеет эффект рычага и высоко взвешенную двойную аэмплексную эффект. В настоящее время транс-датчик рыбы Terfenol-D был сериализован и спроектирован в структуру с двойной оболочкой для дальнейшего увеличения мощности передачи. Максимальная звуковая мощность одного преобразователя может достигать 10000 Вт, что делает его домашним низкочастотным передавающим датчиком одним из основных типов. Рисунок 3e представляет собой ортогональное возбуждение четырехстороннее транс -датчик, который принимает компактное улучшение конструкции, которое может добавлять больше функциональных материалов в ограниченном объеме и улучшить уровень источника звука эмиссии. На рисунке 3F является еще одна улучшенная новая конструкция транс -датчика типа IV, аналогичный улучшению конструкции транс -датчика типа I к транс -дачеру типа III, который использует две эллиптические оболочки последовательно вдоль длинной оси в целом, более длинное Пьезоэлектрический стек используется для возбуждения, так что резонансная частота продольного вибратора уменьшается и близка к основной частоте частоты гибкой оболочки, которая способствует модальной связи для достижения широкополосных рабочих характеристик. Рисунок 3G - это улучшенный новый конструкция для вибратора возбуждения транс -датчика типа IV. Это флексенсионный преобразователь типа IV, управляемый складным вибратором. Эта структура в сочетании с корпусом с низким уровнем жесткости может эффективно снизить резонансную частоту.

Рисунок 3 преобразователь изгибающего натяжения со структурой столбца

Он также известен как транс -датчик типа тыквы. Изучен флексенсионный преобразователь типа тыквы, управляемый PZT и PZT+Terfenol-D. Проводятся анализ моделирования параметров характеристики эмиссии суставного возбуждения. Рисунок 4C представляет собой вогнутую транс-датчик гибкого натяжения вогнутой трубки, возбуждаемый магнитострикцией-пизоэлектрической комбинацией. В дизайне два элемента возбуждения, Terfenol-D и PZT, используются для формирования композитного продольного вибратора. На рисунке 4D показан вогнуто-цилиндровый транс-датчик. Он возбуждается мультипизоэлектрическим стеком. Под предпосылкой, что оболочка остается неизменной, а общий объем пьезоэлектрического керамического материала одинаков, анализ различных чисел (1-4) пьезоэлектрических стеков для воздействия на производительность преобразователя, вогнутой трубки-гибкость Был разработан и разработан преобразователь натяжения, возбужденный тройным пьезоэлектрическим стеком.

Рисунок 4 Датчик сгибающегося натяжения с длинным типом

Переверенный тип тела. Этот тип преобразователя обусловлен радиально расширяющимся вибратором для управления вращательной симметричной изгибающей вибрационной оболочкой. Вибрирующая оболочка преобразователя представляет собой вращательную симметричную структуру, как правило, пару выпуклых или вогнутых сферических заглушек (или сферических крышек) или состоит из диска и т. Д. Переворот гибкого натяжения, VI-образный преобразователь гибкого натяжения, дисковый преобразователь гибкого натяжения и т. Д., Представлен здесь небольшой размер V-типа Flextensional Transducer-Cymbal-Cymbal и Disc Type Flextensional Transcer. Рисунок 5А представляет собой V-образный V-образный транс-датчик. Пара металлических конечных крышек приводится в движение пьезоэлектрическим керамическим диском, который вибрирует радиально для получения изгибной вибрации; Рисунок 5b представляет собой дисковый флексенсионный преобразователь, который использует PZT- в дизайне. 4 Радиально поляризованное пьезоэлектрическое керамическое кольцо управляет изогнутым диском. Диск делится на 16 равных секторов вдоль радиальной щели, чтобы уменьшить связь боковой вибрации. Флекслентные преобразователи этих двух структурных форм имеют характеристики низкой резонансной частоты, небольшого геометрического размера и высокой электроакустической эффективности.

Рис.

1.2 Исследование прогресса высокочастотных широкополосных преобразователей

В дополнение к расстоянию обнаружения в качестве важного показателя подводного акустического оборудования, другое направление разработки состоит в том, чтобы получить максимальное количество целевой информации в качестве основной цели. Например, сонар изображения с высоким разрешением, подводная акустическая связь с высокой скоростью и т. Д. Он требует высокочастотной работы режима, а полоса рабочей частоты максимально широко. Следовательно, высокочастотный широкополосный подводной акустический преобразователь стал ключевым компонентом системы, аналогично оптике. Объектив системы визуализации такая же.

Рисунок 6Aвысокочастотный широкополосный преобразовательс пьезоэлектрической керамической колонкой и соответствующим слоем. Соотношение пьезоэлектрического расстояния керамического расстояния к керамическому размеру и влияние наполнительных материалов на пропускную способность изучаются. В двухчастотном широкополосном преобразователе, разработанном на рисунке 6B, используется пьезоэлектрические керамические колонны, созданный на рис. На рисунке 6C показан разработанного 1-1-3 пьезоэлектрического высокочастотного широкополосного преобразователя, который состоит из 1-мерных подключенных пьезоэлектрических столбов и одномерных соединенных металлических колонн, расположенных параллельно в трехмерной подключенной полимерной матрице. Трехфазный пьезоэлектрический композитный материал образуется, и был разработан высокочастотный транс-датчик широкополосного передачи. На рисунке 6D показан проектный 1-3 пьезоэлектрический высокочастотный широкополосный преобразователь, который использует эффект связи режима вибрации толщины и режим поперечной вибрации первого порядка для реализации широкополосных рабочих характеристик. На рисунке 6e показан высокочастотный широкополосный транс-датчик с типоэлектрическим кольцом. Пьезоэлектрическое композитное кольцо получается путем радиальной резки пьезоэлектрического керамического кольца и заливной эпоксидной смолы. Затем получают два пьезоэлектрических композитных кольца с различной толщиной стенки. Композитное кольцо накладывается на сформирование радиально излучающего двойного датчика.

Рисунок 6 Высокочастотный широкополосный преобразователь