Основы подводного акустического преобразователя

71% площади поверхности Земли - океан. Океан содержит обильные биологические и минеральные ресурсы, что является вторым пространством для выживания и развития человека в будущем. Sonar используется для подводного устройства обнаружения, является важным помощником для человеческого развития океана и является незаменимой частью военно -морской и гражданской навигационной индустрии. Функция устройства Sonar заключается в прослушивании подводного полезного сигнала и преобразование его в электрический сигнал для просмотра; или генерировать электрический сигнал, а затем преобразовать его в акустический сигнал для распространения в водной среде, а затем отразить его обратно и получить его после встречи с целью. Он преобразуется в электрический сигнал для прослушивания или наблюдения, тем самым определяя ориентацию и расстояние измерительного объекта. В процессе преобразования этого подводного электроакустического сигнала ключевым оборудованием являетсяподводной акустический датчикили массив преобразователей.

Применениеподводной акустический датчик

В настоящий момент,подводной акустический датчикS широко использовался во многих областях, таких как промышленность, сельское хозяйство, национальная оборона, транспорт и медицинские. Вот лишь некоторые из приложений для подводного обнаружения:

(1) применение в звучании: чтобы обеспечить безопасность навигации, должно быть установлено звучание сонар как для военных кораблей, так и для гражданских кораблей; Специальные канальные инспекционные суда оснащены высокой точностью и полнофункциональной глубиной. В зависимости от глубины звучания частота и мощность звучащего преобразователя также очень разные. Частота варьируется от 10 кГц до 200 кГц, а власть варьируется от нескольких ватт до десятков киловатта. Среди них высокая частота и низкая мощность используются для внутренних рек или мелких морей, а низкая частота и высокая мощность используются для океанических и глубоких глубин. Требованиями к таким преобразователям являются стабилизация луча и острый основной луч.

(2) ПрименениеПодводные пьезоэлектрические преобразователиВ позиционировании и дальности: измерение скорости корабля на землю, в основном используя допплеровский сонар, четыре преобразователя с той же производительностью, чтобы расположить направление левой и правой стороны, перпендикулярно киль. Общая рабочая частота составляет от 100 кГц до 500 кГц.

(3) Применение в морских исследованиях и подводных стратиграфических исследованиях: Геологические исследования подводных лодок в основном используют низкочастотный сонар с крупночастотой. Буксированный сонар является самым большим набором акустических массивов на активном носителе сегодня с самым длинным расстоянием. В подводной визуализации обычно используется высокочастотный боковой сонар. Два линейных массива расположены симметрично вдоль киля на левой и правой сторонах корабля. Каждый из них излучает направленный вентиляторный луча к морскому дну, а затем получает отраженные волны от морского дна. Интенсивность неровной волны отражения отличается, а изображения с разной яркостью появляются на отображаемом изображении. Поскольку рабочая частота более высокая акустический сигнал ослаблен быстрее, а диапазон действия не далеко. Частотный диапазон теста в настоящее время составляет несколько десятков килохерца до 500 тысяч. Это классификацияподводной акустический датчикс

Подводной ультразвуковой датчик можно разделить на электрические, электромагнитные, магнитострикционные, электростатические, пьезоэлектрические и электрострикционные в соответствии с различными принципами преобразования электромеханической энергии. Например, пьезоэлектрическая керамика, разработанная в середине века, пьезоэлектрическая после высоковольтной поляризационной обработки DC. Следовательно, он называется электрострикционным материалом и является основным течением сегодняшних пьезоэлектрических преобразователей, особенно в ультразвуковых преобразователях. Поле имеет чрезвычайно широкий спектр использования. Аподводной акустический датчикможно разделить на следующие категории в соответствии с различными режимами вибрации:

(1) продольный преобразователь вибрации: его направление вибрации параллельно продольному направлению. Волна напряжения распространяется в длине преобразователя, и ее резонансная фундаментальная частота зависит от длины и является наиболее широко используемым типом в сонарных системах.

(2) Цилиндрический преобразователь: пьезоэлектрическая керамическая трубка (или кольцо) используется для установки желаемой длины через подходящую механическую структуру. Это может быть превращено в горизонтальный преобразователь с горизонтальной не направляющейся и контролем вертикальной направления. Это тип Sonar System, которая является вторым только для продольного преобразователя. Это также стандартный гидрофон, обычно используемый в гидроакустической метрологии. И один из выборов стандартных передатчиков.

(3) преобразователь изгибающей вибрации: преобразователь изгибающей вибрации имеет преимущества небольшого размера и легкого веса на низких частотах (по сравнению с преобразователями одного и того же активного материала на той же частоте), а форма вибрации имеет изогнутые лучи, изогнутые диски, изогнутые тарелки и т. д.

(4) Преобразователи разгибания изгиба: преобразователи разгибания изгиба, как правило, представляют собой композитные преобразователи, которые объединяют два мода вибрации. Например, продольно растягиваемая вибрирующая стержень и другой тип изогнутого корпуса объединяются в множество типов изогнутых преобразователей удлинения, а активный корпус с круглой плоской радиальной радиальной вибрацией может быть объединен с изогнутым корпусом в форме чаши с образованием типа II. сгибание расширения.

(5) Сферический преобразователь: сферический преобразователь, изготовленный дыхательной вибрацией полой пьезоэлектрической керамической сферической оболочки, имеет преимущество хорошей пространственной симметрии. Он обычно используется в качестве гидрофона точкового источника.

(6) преобразователь вибрации сдвига: сдвигающая вибрация, в которой направление вибрации и направление поляризации параллельны, а направление приводного электрического поля перпендикулярно направлению вибрации может соответствовать определенным требованиям к специальному использованию. Это форма подводного датчика 1MH, такого как зубное исчисление.

3. Основные параметрыподводной акустический датчик

Основные показатели эффективностиподводной акустический датчикявляются подводными рабочими частотами, диапазоном рабочих частот, частотой полосы пропускания, уровнем источника звука эмиссии (акустическая мощность) и реакция на выбросы, направленность, получение чувствительности и реагирования на чувствительность, эффективность выбросов, коэффициент качества, импеданс, максимальная глубина работы, размер и вес.

1) Частота работы

Рабочая частота или диапазон рабочих частот гидроакустического преобразователя обычно определяется рабочей частотой устройства сонар. Импеданс, направленность, чувствительность, мощность передачи, размер и т. Д. В общем, передача передачи рассчитывается для его индекса производительности в ограниченной полосе частот вокруг резонансной частоты или вблизи резонансной частоты, с максимальной эффективностью излучения на этой частоте и около него. Для широкополосного приема преобразователя резонансная частота пьезоэлектрического преобразователя должна быть намного выше, чем верхний предел приема полосы, чтобы обеспечить плоский отклик приема в широкополосной полосе и рассчитать его отклик приема на резонансной частоте и ниже. Частотные датчики сонара варьируются по частоте от десятков Гц до нескольких килохерц, в то время как передовые датчики сонара с небольшим обнаружением цели варьируются от десятков килохерца до сотен килохерца.

(2) направленность

Будь то преобразователь или массив преобразователей, их реакция на передачу или ответ приема изменится в отношении их направления. Именно здесь преобразователь является направленным, а звуковые волны, испускаемые передавающим преобразователем, такие же, как и те, которые испускаются прожектором. Поскольку преобразователь обладает направлениями, он может сосредоточить энергию звука до определенного положения, чтобы сделать энергию более концентрированной. Большое количество преобразователей используется для формирования большего массива. Направленность более острее на той же частоте, энергия более концентрирована, а расстояние передачи дальше. Соотношение сигнал / шум больше, а расстояние дольше в состоянии принимающего. Это импеданс (или присвоение) характеристики.

Преобразователь можно рассматривать как простую серии-параллельную эквивалентную схему вблизи резонансной частоты. Каждый резистор, конденсатор или индуктор в схеме представляют собой присущие характеристики преобразователя, который является характеристикой импеданса (или доступа) преобразователя. Характеристики импеданса преобразователя освоены в соответствии с входной схемой окончательного цикла или приемника передатчика. Импеданс (или прием) преобразователя является сложным числом, которое является функцией частоты и обычно может быть выражено как: z (w) = r (w) + jx (w) (в Ом). В механическом резонансе, Динамический вариант имеет тенденцию к нулю, а статическое емкостное реактивное сопротивление можно настроить с подходящим индуктором. Это можно рассматривать как чистое сопротивление. Электрический импеданс пьезоэлектрического преобразователя обычно находится в диапазоне десятков Ом до тысяч Ом.

(4) передача мощности

Функция поиска подводных лодок состоит в том, чтобы преобразовать электрическую мощность электронного передатчика в механическую мощность механической вибрации, а затем преобразовать механическую мощность в акустическую мощность для передачи. Передаваемая звуковая мощность относится к физическому количеству преобразователя, который излучает энергию в среду за единицу времени. Единица мощности выражена в ваттах. Мощность передачи преобразователя ограничена такими факторами, как номинальное напряжение (или ток), динамическая механическая прочность, температура и диэлектрические характеристики.

(5) Ответ запуска

Возможность полностью отражать производительность передаваемого преобразователя является откликом эмиссии, в основном откликом на напряжение эмиссии и отклик тока эмиссии. Определение отклика на напряжение эмиссии SV - это соотношение свободного поля, кажущегося звуковому давлению PF, генерируемому передавающим датчиком на расстоянии D0 M от его эффективного акустического центра в указанном направлении и напряжения U, приложенного к входу преобразователя : Sv = pfd0 /u. Ответ от эмиссии обычно выражается в децибелах.

Реакция тока эмиссии - это отношение свободного поля кажущегося звукового давления PF, генерируемого передавающим датчиком на расстоянии D0 M от его эффективного акустического центра в указанном направлении, и ток I применялся к входу преобразователя: Si = Pf D0 / i. Ответ от эмиссии обычно выражается в децибелах.

(6) получать чувствительность

Чувствительность напряжения поля преобразователя относится к точке, в которой открытый центр преобразователя, открытый центр напряжения U (w), находится на выходе и в центре звука в свободном поле (при условии, что приемного преобразователя нет). Соотношение звукового давления PF (W) составляет M (W). Для получения преобразователей желательно принимать акустические сигналы падающих на широком диапазоне частот, в то время как пьезоэлектрические преобразователи обычно работают в широком диапазоне частот ниже резонансной частоты.

(7) колебания получения чувствительности

Широкополосные приемные преобразователи требуют относительно плоского отклика приема в используемом диапазоне частот. Обычно указывается, что колебания чувствительности приема напряжения составляет ± 1,5 дБ в полосе рабочей частоты.