Новый тип подводного акустического преобразователя и новая технология преобразователя

Акустические волны - единственный носитель, который имеют люди, которые могут передавать информацию и энергию на большие расстояния в обширном океане. На земле люди используют электромагнитные волны для разработки радаров. Аналогичным образом, люди используют акустические волны в качестве информационных носителей для разработки подводных целей для обнаружения, а также электронное оборудование для позиционирования, идентификации и общения. Столкнувшись с обширным океаном, сонар берет на себя важную миссию, которая достигает всех уголков обширного океана, определяет в нем различные вещи, которые рассказывают людям истинное лицо подводно Станьте подводной навигацией по общению, водным рыболовству, развитию морских ресурсов, морской геологии и геоморфологии, причина, по которой звуковые волны становятся лучшими подводными информационными носителями, заключается в том, что в водных средах звуковые волны имеют наименьший коэффициент затухания по сравнению с другими физическими полями, такими как электромагнитные волны и могут быть переданы на большие расстояния. Это преимущество делает сонар, используя ультразвуковые волны, чтобы с самого начала наблюдать под водой. Цель начинается и продолжает развиваться. В настоящее время полоса рабочей частоты сонара была расширена на широкий диапазон. Активный сонар был продлен от десятков Гц до десятков МГц, а низкочастотный конец пассивного сонара был распространен до диапазона инфразвука. В такой широкой частотной полосе, в соответствии с правилами, важное устройство, которое стимулирует и генерирует звуковые волны в виде сигналов и чувств и получает звуковые волны в воде без искажений, называется сонарным преобразователем или массивом сонара. Эти устройства являются передним оборудованием системы Sonar, а также \"Window \" для системы сонар взаимодействуют с водным средством и обменной информацией и являются \"реализаторами \" Функции системы сонарской системы, Для сонарных преобразователей или сонарных массивов это ярко называют \"глазами и ушами\" из системы сонар. С постоянным расширением области применения технологий сонарных технологий и постоянно растущим спросом на военную конфронтацию и бою, новые принципы, новые технологии и новое сонарное оборудование появились один за другим, один за другим. Требования к разработке новой технологии сонарных технологий стимулировали быстрое развитие технологии преобразователей и те же технологические прорывы в области преобразователей и разработку новых материалов, новых механизмов и новых структурПодводные акустические преобразователиТакже сделали Sonar System \"освежающий \". Вот краткий обзор состояния разработки технологии преобразователей в последние годы, основанный на информации, которую автор имеет и ограниченный уровень понимания. В основном он включает в себя новый гидроакустический преобразователь материала, новую структуру и новый механизм гидроакустического преобразователя, новый тип гидрофона, технология широкополосного преобразователя и так далее.

2 Новый материал подводный акустический преобразователь

Преобразователь - это устройство, которое реализует преобразование энергии в системе Sonar. В преобразователе есть специальный материал, который способен преобразовать энергию. Этот материал называется функциональным материалом. Функциональные материалы, используемые для изготовления преобразователей в основном, включают пьезоэлектрические материалы (такие как пьезоэлектрические кристаллы, пьезоэлектрические керамики, пьезоэлектрические полимеры и т. Д.) и магнитострикционные материалы (такие как никель, кобальт, никелевые сплавы, ферриты, редко-железные сплавы и т. Д. ) И т. Д.), Они используют пьезоэлектрический эффект и магнитострикционный эффект, чтобы реализовать взаимное преобразование между энергией электрического поля или энергией магнитного поля и механической энергией. Прорыв технологии преобразователя в основном определяется технологическим прорывом функциональных материалов. В последние годы различные технические достижения в области функциональных материалов также привели к разработке технологии преобразователей. Врач обнаружил, что лантаноидные материалы редкоземельной земли обладают удивительными магнитострикционными свойствами, но они не использовались на практике, потому что точка Кюри ниже комнатной температуры. Позже было обнаружено, что бинарные, тройные или четвертичные сплавы, состоящие из редкоземельных элементов и железа, также обладают гигантскими магнитострикционными свойствами при комнатной температуре. Наиболее репрезентативным редкоземельным сплавом является терфенол-D (композиция tb0.27dy0.73fe1). 95), он стал новым типом функционального материала, который привлек много внимания с 1980 -х годов. Релаксация сегнетоэлектрический монокристаллический свинцовый магний ниобат лидер титанат (PMN-PT) и свинцовый цинк ниобат-лиад лидат (называемый PZN-PT) являются новыми типами композитных кристаллических материалов перовскита, а также появляются класс новых функциональных материалов. с отличными перспективами приложений. До этого никель обычно использовался в качестве материала для преобразователей. В 1917 году французский ученый Ланжевин сделал датчик сонара с кварцевым кристаллом, установив прецедент для применения пьезоэлектрических материалов в сонаре в 1940 -х годах, Batio3 Pzt Ceramics с сильными пьезоэлектрическими свойствами были успешно разработаны и широко использовались в Sonar Systems. Пьезоэлектрическая керамика PZT, разработанная в 1950 -х годах, имеет широкий диапазон рабочих температур и превосходные электромеханические свойства. Эффективность преобразования компенсирует недостаточность керамики BA TIO3 и когда -то стала материалом, выбранным подводными акустическими преобразователями. Среди них пьезоэлектрический керамический материал с высокой плотностью энергии-PZT-8. Простое сравнение приведенных выше материалов: Terfenol-D, PMN-PT, PZN-PT может создавать штамм примерно в 5 раз больше, чем у PZT-8 и в 50 раз больше, чем у никеля; Пьезоэлектрические постоянные PMN-PT и PZN-PT являются D33. Это в 6-8 раз больше, чем у материала PZT-8. Использование этих материалов PZT для разработки новых подводных акустических преобразователей является одной из современных горячих тем.

Магнитостриктивный материалцилиндр подводной акустический преобразовательредко, в котором земного гигантского магнитострикционного материала использует магнитострикционный эффект, чтобы реализовать взаимное преобразование между энергией магнитного поля и механической энергией и в основном используется для развития низкой частоты и высокой мощности подводного акустического излучения. Это своего рода \"сложная \" структура преобразователя - высокотемпературная суперпроводящая магнитострикционная гидроакустическая датчика. С точки зрения структуры преобразователя его структура очень проста. Это обычный двойной продольный преобразователь радиатора. SO - называемый \"комплекс \" здесь относится к его богатому физическому значению. Магнитострикционная сила материалов редкоземельного сплава при низкой температуре больше, чем при комнатной температуре. Например, максимальная магнитострикционная деформация TB0. 6dy0. 4 при температуре 77K составляет 0,65 %, а терфенол - D при комнатной температуре. Самая высокая магнитострикционная деформация составляет 0,25 %. Разработал TB0. 6dy0. 4 Материал Магнитострикционный гидроакустический преобразователь с температурным диапазоном от 50 - 60 тыс.: Материал с сплавным сплавным сплавом редко можно получить обеспечивается сверхпроводящей материалом. Магнитное поле смещения и магнитное поле возбуждения возбуждают магнитостриктивный стержень, чтобы получить растягивающую вибрацию, которая передается на излучающую поверхность поршня -типа через механический переход, а излучающая поверхность поршня - толчок водопровода для генерирования излучения волны давления давления Анкет Вакуумная камера предназначена в структуре для изоляции теплопроводности. Внешняя стенка вакуумной камеры представляет собой куполовое давление - устойчивое устойчивость, которое может выдерживать давление в 10 атмосфер. Основные технические параметры следующие: резонансная частота 430 Гц, максимальный уровень источника звука 181. 4DB, эффективность составляет около 25 %. Производственный процесс такого рода преобразователь сложный. В последние годы люди по -прежнему готовы использовать материал терфенола, который работает при комнатной температуре, отказывается от магнитного напряжения и заменить его новой структурой для достижения превосходных характеристик радиации. Ниже приводится краткое введение в ход исследования нескольких структурных магнитострикционных материалов в подводных акустических преобразователях. Продольный преобразователь имеет простую структуру. Магнитостриктивный стержень объединяется с передней излучающей головкой и массой хвоста, образуя аналогичную систему вибрации. Передняя излучающая головка, как правило, изготовлена ​​из легких материалов, а масса хвоста, как правило, изготовлена ​​из плотных материалов для достижения излучающей поверхности. Выходное увеличение смещения вибрации. Внедряются два продольных преобразователя, разработанных с помощью Terfenol - D. Одним из них является общий продольный преобразователь с резонансной частотой 1200 Гц, звуковой мощностью 3 кВт и весом датчика 60 кг; Другой - редкоземельный стержень на обоих концах.

Релаксация сегнетоэлектрический материал под водой акустический преобразователь

Реальные сегнетоэлектрические материалы представляют собой своего рода потенциальные функциональные материалы, которые можно разделить на электрострикционные керамические типы и релаксеров, ферроэлектрические монокристаллические типы. Процесс производства релаксаторных монокристаллов намного сложнее, чем процесс электрострикционных керамических материалов. Исследователи использовали эти материалы для создания многих типов преобразователей, таких как гибкие преобразователи, продольные преобразователи и так далее. Технология производства преобразователя этого типа материала является более сложной, и необходимо добавить электрическое поле DC BIAS, применять Prestress и контролировать температуру процесса. Использование PMN-PT-BT (свинцовый магний ниобат-лидер титанат-барийт титанат) электрострикционная керамика разработала транс-датчик типа IV. Результаты исследований показывают, что развитый преобразователь не максимизировал потенциал материала. Эта работа по -прежнему будет одной из горячих точек, которые необходимо изучить в области подводных акустических преобразователей в течение определенного периода времени. Используя монокристаллический материал PMN-PT, для изучения 64 каналов ультразвукового зонда 3,5 МГц, используемого в медицинском B-ультразвуковом и доплеровском цветовом оборудовании для изображений, что позволяет предположить, что релаксатор ферроэлектрический монокристаллический материал в высокочастотном изображении Sonar.

Пьезоэлектрическая полимерная пленка сферический подводной акустический преобразовательможет быть превращен в гибкую мембрану, а датчик может быть спроектирован в любую форму при создании преобразователя, а акустический импеданс материала низкий, и легко достичь импеданса с водой, другими жидкими средами и биологическими тканями. Сопоставление, часто используемое для создания высокочастотных стандартных гидрофонов, высокочастотных преобразователей, медицинских ультразвуковых преобразователей, конформных массивов и диверсифицированных массивов составных преобразователей, обычно используемый пьезоэлектрический полимер для изготовления преобразователей в основном является флуоридом поливинилидена (PVDF). В настоящее время более привлекательная пленка из пьезоэлектрического полимера EMFI (аббревиатура электроманаправления)-это своего рода гибкая пленка из полипропиленовой пены, ее пьезоэлектрическая проницаемость примерно в 10 раз больше, чем у PVDF, которую можно использовать для обеспечения высокочувствительности преобразователей. Анкет Структура преобразователя тонкопленочного эмфина имеет приемной диаметр поверхности 35 мм, а чувствительность приема преобразователя больше -190 дБ (эталонное значение составляет 1 В/мкПа). Этот вид преобразователя также можно использовать в воздухе для получения или излучения звуковых волн.

Введение новой структуры подводного акустического преобразователя и различных механизмов трансдукции. Функциональные материалы важны в преобразователе, но они должны играть подходящую структуру. Следовательно, структурный дизайн преобразователя, по -видимому, особенно важен для разработки технологии преобразователя. важный. Согласно различным областям применения и различным техническим требованиям, или в соответствии с характеристиками различных механизмов трансдукции и функциональных материалов, различные типы преобразователей выходят один за другим, многие из которых объединяют междисциплинарные технологии, чтобы совместно нарушать новые наземные технические трудности соответствовать некоторым специальным техническим требованиям. Высокотемпературный сверхпроводящий магнитостриктивный гидроакустический датчик является типичным примером. В вышеизложенном содержании этой статьи и типах преобразователей, которые будут введены позже, многие также являются новыми структурами и новыми механизмами подводных акустических преобразователей. Чтобы не повторяться, этот раздел приводит только два других примера проектирования новых структур.

Цимбал типа (цимбал) преобразователь является своего рода новой структурной датчиком, аналогичным Flextensional Transducer. Каждый преобразователь типа тарелки состоит из пары пьезоэлектрического керамического диска PZT, а один металлическая крышка связана вместе. Пьезоэлектрический керамический диск PZT наносит чередующее напряжение, чтобы генерировать радиальную вибрацию, чтобы возбудить металлическую крышку для изгибающей вибрации, а поднятая металлическая крышка преобразователя дает чередующую вибрацию \"расширительную спрейнки \". Радиационные звуковые волны. Когда та же самая чередующаяся волна давления действует на металлическую крышку, давление будет передано на пьезоэлектрический диск PZT, а чередующее напряжение выходит на двух полюсах керамического диска, который используется в качестве приемного преобразователя. Резонансная частота преобразователя цимбального типа в воде составляет 16,1 кГц, а отклик на напряжение эмиссии составляет 130 дБ (эталонное значение составляет 1 мкПа/В, при 1 м). На рисунке 5 также показана фотография 9-элементной матрицы, состоящей из этого типа преобразователя. Анкет В пьезоэлектрическом преобразователе типа пружины катушки пьезоэлектрический преобразователь пьезоэлектрическая керамика обрабатывается в форму пружины катушки (как показано на рисунке 6), вПьезоэлектрический керамический преобразовательполяризован в тангенциальном направлении, а затем построена пара возбуждающих электродов. Нейтральная секция без электродов в середине разделена для формирования пары 1 электрода наружного кольца и пары 2 -кольцевых электродов 2 (см. Увеличенную схему схемы небольшого фрагмента на рис. 6). Таким образом, напряжение возбуждения V применяется к паре электродов, часть пьезоэлектрической керамики, контролируемой парой электродов наружного кольца, и пара внутренней кольцевой электроды будет производить противоположные колебания (расширение или сокращение), а также расширение и сжатие движения Spring System будет стимулировать рабочую поверхность поршня к вибрации звуковой энергии. Из-за низкой жесткости этой структуры она имеет низкую резонансную частоту и может использоваться в качестве низкочастотного передаваемого датчика. При использовании в качестве приемника он также обладает высокой чувствительностью в низкочастотных полосах. Начиная с пьезоэлектрического уравнения, была получена электромеханическая конверсионная связь этого типа преобразователя, и была проведена некоторая исследовательская исследовательская работа.

Введение в различные механизмы преобразования энергии в подводных акустических преобразователях с точки зрения преобразования энергии, преобразователи могут быть в основном разделены на пьезоэлектрические преобразователи, которые используют пьезоэлектрический эффект для достижения преобразования энергии и магнитиков, которые используют магнитный эффект для достижения обращения энергии. Выдвижные преобразователи, преобразователи, участвующие в вышеизложенном содержании, принадлежат к этим двум типам.