Технологические инновации в разработке подводных акустических преобразователей (2)

Технологические инновации в разработке подводных акустических преобразователей (2)

Железный сплав (галфенол)-это новый тип магнитострикционного материала, который появился в последние годы. Его магнитострикционная деформация находится между никелем и терфенолом-D, при 300 млрд. (PPM-это микровариат, представляющий ΔL/L = 10-6) выше, по сравнению с терфенолом-D, он обладает преимуществами более высокой относительной проницаемости (> 100), хорошая Обучаемость, высокая стабильность температуры и высокая прочность на растяжение. Поскольку материал сплава с железными галлие имеет хорошие характеристики обработки и высокую механическую прочность, его можно использовать для проектирования и обработки корпуса транс-датчика Flextensional. Рисунок 2B является исследовательским примером вогнутого бочкообразного транс-датчика с корпусом сплава железа. Аподводной акустический датчикприводится в движение вибратор состоит из элементов сплавов железной галлий φ20 мм × 40 мм и листов с постоянными магнитами неодима-железа и образует закрытую магнитную цепь с излучающей оболочкой. Результаты эксперимента показывают, что отклик тока эмиссии преобразователя составляет 168,4 дБ (резонансная частота 1750 Гц), что лучше, чем дуральмин того же геометрического размера. Датчик корпуса (резонансная частота 1900 Гц) улучшается почти на 5 дБ, что отражает проектные преимущества активного жилья.

Опубликовано в 2000 году, результаты исследований магнитострикционного пизоэлектрического суставочного возбуждения широкополосного продольного преобразователя. Продольный преобразователь совместно приводит к тому, что Terfenol-D и стек PZT, который реализует широкополосную работу 1,8 кГц и 3,5 кГц двойного резонансного пикового соединения. Характеристики, литература также сообщила, что высокий планарный массив 4 × 4, состоящий из этого типа преобразователя, уровень источника звука в массиве превышает 225 дБ в полосе частоты 1,5-6 кГц.

Терфенол-D продольный продольный преобразователь привода, автор, гениально разработал приводной блок, в его структуре используется постоянный магнитный втул Элементы с низкой проницаемостью избегают на дороге, а эффект движения энергии магнитного поля увеличивается; физическая диаграмма приводной единицы. 4 Такие приводные единицы механически подключены последовательно, образуя низкочастотную продольную замену с передней крышкой и массой хвоста. Энергетическое устройство, центральный винт предварительно напряжен; Рис. 3C - это фактическая картина преобразователя после упаковки, резонансная частота преобразователя составляет 1,6 кГц, а уровень источника звука составляет 177 млрд. Дни.

Магнитная конструкция магнитострикционного преобразователя очень важна. В качестве примера Батлер взял вогнутый флексенсионный преобразователь ствола и сравнил рабочие эффекты шести схем магнитных цепей с помощью анализа конечных элементов. Магнитные конструкции на рис. 4A-F соответственно.Непрерывный редкоземельный стержень плюс чисто железа магнитный проницаемый конец и рукав, непрерывная редкоземельная стержня плюс проницаемый конец аксессуара из чистого железа, непрерывная редкоземельная стержень без проницаемого из чистого железа, сочетание редкоземельного стержня и постоянного магнита плюс проницаемый чистый железо проницаемым железом Крышка и рукава с прикреплением, комбинация редкоземельного стержня и постоянного магнита, плюс чисто железный магнитный проницаемый аксессуар, стержня и комбинация с постоянными магнитами без проницаемого из чистого железа магнитного аксессуара, эффективные коэффициенты электромеханической связи рассчитываются как 0,33, 0,30. , 0,27, соответственно, 0,23, 0,21 и 0,20, что указывает на то, что эффективный коэффициент электромеханической связи вибратора редкоземелью изменяется с непрерывного редкоземельного стержня на редкоземельный стержень в сочетании с постоянным листом магнита. Конечные колпачки и рукава из чистого железа магнитного проницаемого аксессуара оказывают определенное влияние на улучшение эффективности электромеханического сочетания вибратора редкоземельного элемента, но для вождения материалов с низкой относительной проницаемостью, такой как терфенол-D, улучшение мало и эффективно электромеханическое Коэффициент связи определяется от 0,20 до 0,23 или от 0,27 до 0,33.

2. Новое поколение пьезоэлектрических материалов и их преобразователей

До первой половины 20 -го века все пьезоэлектрические материалы представляли собой монокристаллы. Поликристаллический пьезоэлектрический керамический титанат бария был впервые обнаружен в 1950 -х годах, за которым последовал свинцовый цирконат титанат (PZT) в 1960 -х годах. Производительность этой пьезоэлектрической керамики намного превышает производительность ранних монокристаллов, и с тех пор PZT стал основным функциональным материалом подводных акустических преобразователей.

В середине 1990-х годов был обнаружен новый пьезоэлектрический монокристаллический магний магний ниобат-лиат (PMN-PT) и свинцовый цинк-лид-лидер (PZN-PT), эти два пьезоэлектрических монокристаллических материала он имеет очень высокий насыщенность (больше. чем 1%), низкие потери и высокий коэффициент пьезоэлектрической связи (более 0,9), демонстрируя потенциальные преимущества увеличения мощности и расширения полосы частот в направлении подводного акустического преобразователя. В последние годы тройной свинцовый лидер с ниобате-лидом магния ниобат-лидат титанат (PIN-PMN-PT) и легированные ведущими ведущими ниобат-лиадом магния с ниобат-лидом титаната (MN: PIN-PMN-PT) Пьезоэлектрический монокристаллический материал (MN: PIN-PMN-pt) , что дополнительно улучшает рабочие характеристики в условиях высокого электрического поля.

Применение пьезоэлектрических монокристаллических материалов, таких как PMN-PT в области подводной акустики, началось с проектирования и разработки продольных преобразователей. Мейер и другие провели серию исследовательских работ, в том числе подробный анализ 33-режисских и 32-режисских продольных преобразователей PMN-PT, и сравнительное исследование с PZT-8. Рисунок 5A представляет собой продольный преобразователь с 33 режимами, управляемый стеком из 10 пластин PZT-8, рисунок 5B представляет собой 33-режиму продольного преобразователя, управляемого стопом из 3 пластин PMN-PT, а рисунок 5C-4 PMN-PT Длинные полоски образуют \"рот \"-в форме 32-режиссера продольного преобразователя. Результаты показывают, что когда PMN-PT и PZT-8 используются для изготовления продольных преобразователей с одинаковой частотой и уровнем источника излучения и другими параметрами, кристалл PMN-PT Длина стека составляет всего около 30% от PZT-8, который показывает технические преимущества пьезоэлектрических монокристаллических материалов для изготовления небольших преобразователей; Режим 32 может привести к сокращению монокристаллических материалов в соответствии с наилучшей ориентацией на производительность, и в то же время использовать комбинацию длинных полос. Transducer, и имеет очевидные преимущества для средних и высокочастотных легких сонарных приложений.

Монокристалл разработалцилиндрический передача датчикасостоит из инкрустированных колец. Каждое кольцо состоит из 12 полос в форме клина, а 9 кольца плотно собираются в осевом направлении, чтобы сформировать цилиндр. Геометрический размер (φ20,3 мм × 66 мм) он значительно меньше пьезоэлектрического керамического преобразователя той же частоты и реализует широкополосные рабочие характеристики более 2,5 октавы. В другом документе используется монокристалл PMN-PT для разработки вогнутого бочкообразного транс-датчика. Вибратор привода преобразователя состоит из стеки из 16 поляризованных осевых элементов φ28 мм × φ10 мм × 4,8 мм и вибрационной оболочки титанового сплава. Отклик на напряжение эмиссии улучшается более чем на 5 дБ по сравнению с тем же структурным преобразователем материала PZT-4.

Тригонально-тетрагональный фазовый переход температуры монокристалла PMN-PT относительно низкая, что в определенной степени ограничивает его применение, особенно для применений в условиях мощности. Тернарный свинцовый индий-лидийный магний-лидский титанат (PIN-PMN-PT) и легированные монокристаллические монокристаллики (MN: PIN-PMN-PT) делает температуру фазового перехода на релаксатор. Коэффициент потери В то же время: температура фазового перехода увеличивается с 95 ° C до 125 ° C, коэффициент потери снижается с 0,26 до 0,15, а коэффициент потери составляет только 1/2 обычной пьезоэлектрической керамики Pzt-4. Существует также литература с использованием этих двух новых монокристаллов формулы, PMN-PT и PZT-4, для создания продольных преобразователей и сравнения их мощных рабочих характеристик, что доказывает, что новый монокристаллический материал Formul Условия рабочего цикла. Уровень источника звука преобразователя PMN-PT на 5 дБ выше, чем у преобразователя PMN-PT на частоте резонанса. По сравнению с пьезоэлектрической керамикой PZT-4, уровень источника звука и мощность на резонансной частоте в основном эквивалентны, а рабочая полоса увеличилась на 1 раз, а максимальный уровень источника звука вне резонансной частоты увеличивается примерно на 6db.

Применение исследований монокристаллического материала PMN-PT в основном фокусируется на медицинской высокочастотной системе ультразвуковой визуализации. Вот лишь один случай исследования исследований нанесения гидро-акустического преобразователя в области гидроакустического преобразователя с использованием элемента PMN-PT PMN-PT φ12,7 мм × 1 мм для управления титаном толщиной толщиной 0,25м имеет отклик на напряжение на 6 дБ выше, чем преобразователь, управляемый PZT-4, с той же структурой.

2. Технические инновации подводного акустического преобразователя и технологий

⒈ Технические инновации для улучшения характеристик луча

В современном сонаре различные основные массивы обычно используются для достижения требуемых характеристик луча. Однако, когда апертура установки преобразователя ограничена, и существуют особые требования для характеристик луча, необходимо предпринять технические меры для управления характеристиками луча преобразователя. Основные технические подходы к улучшению включают: применение перегородки, технология модальной суперпозиции с использованием диполей и мультилеров и т. Д. В этом разделе выбирают некоторые типичные примеры исследования, сосредотачиваясь на анализе и кратком использовании методов модальной суперпозиции для улучшения характеристик луча преобразователя Технические достижения.

«Использование перегородки для улучшения характеристик луча преобразователя

В раннем сонарском системе обычно использовался независимый преобразователь. Когда направленность не может соответствовать требованиям, отражение перегородки используется для контроля луча передачи, которая в основном включает прохождение через плоскую перегородку, цилиндрическую перегородку и сферическую перегородку. Пластин и конус пережатия для изменения направления цилиндрических преобразователей, датчиков поршня, сферических преобразователей и т. Д. В определенной степени отвечают потребностям одностороннего контроля луча передачи, как показано на рисунке 6, использование двойных конусов. Отражающая печь. Регулирует направленность магнитострикционного тороидального преобразователя и реализует одностороннюю характеристику лучевого излучения.

Существует литература о том, что транс-датчик типа IV типа 3 кГц расположен рядом с фокусом перегородки параболического отражателя, так что транс-датчик типа IV с его собственной недурией может достичь однонаправленных излучения. Эксперимент получает одноугловой угол открытия 83 °. К баллу, передняя и задняя разница отклика составляет 21 дБ.

⑵ Модальная комбинация направленного преобразователя

Различные структурные преобразователи имеют разные режимы вибрации с несколькими порядками. Резонансные преобразователи обычно работают в зависимости от режима вибрации фундаментальной частоты. Различные режимы вибрации будут соответствовать их эффективным методам возбуждения, поэтому можно использовать комбинацию методов возбуждения, реализуя суперпозицию, управляя несколькими режимами вибрации, чтобы достичь цели изменения характеристик передающего луча. Основные моды, которые могут изменить характеристики луча преобразователя через комбинацию, включают монопольный режим, дипольный режим и квадрупольный режим и т. Д. Эти основные режимы могут достичь различных схем направления посредством взвешенной комбинации. В этом разделе, в сочетании с конкретными результатами литературы, производится краткий анализ и краткое изложение технологии обработки и методов возбуждения различных структурных преобразователей для достижения модальной суперпозиции.

Многомодовая работа возбуждения, как правило, принимает метод возбуждения разделения, такой как: пьезоэлектрическая керамическая трубка или сферическая оболочка часто принимает метод разделения электрода, см. Рисунок 7A, B; магнитостриктивный многоугольник (кольцо) преобразователь, принимает независимое волнение, возбуждение.

Butler et al. Разработаны и разработали \"Модальный преобразователь \", все еще используя дизайн идею возбуждения перегородки, но нарушая ограничение деления независимых компонентов, используя 8 независимых 1/4 продольных вибраторов для обмена массой хвоста, каждый преобразователь излучение Поверхность представляет собой цилиндрическую дуговую поверхность, близкую к 45 °, и они в совокупности заключают разделенный и независимо управляемый цилиндрическим преобразователем. Геометрический размер преобразователя не ограничивается условиями процесса независимых элементов, и продольное направление предварительной структуры принимается одновременно. Вибратор имеет технические преимущества для разработки низкочастотных и мощных направленных передавающих преобразователей. На рисунке 8 показаны основные формы модальной вибрации \"Модальный преобразователь \". Модальные преобразователи, основанные на пьезоэлектрической керамике PZT-8, монокристаллических и гигантских магнитострикционных материалах PMN-PT, были разработаны и разработаны соответственно. Он получил сердечный направленный путь с индексом направления 6DB и разницей в 25 дБ спереди в ответ.

Это еще один тип низкочастотного и мощного направленного преобразователя эмиссии-зона, проведенного в зоне, датчика. В конструкции пьезоэлектрический стек (или магнитострикционный вибратор) преобразователя сгибания подвергается воздействию зоны, используя комбинацию монопольных и дипольных мод накладывается для формирования луча направленного сердечного направления. На рисунке 9а представляет собой флоттензический преобразователь типа IV типа 900 Гц, а рисунок 9b представляет собой транс -датчик направленности 3 кГц типа VII.

В литературе изучается широкополосный многомодный цилиндрический преобразователь с перегородкой пластиной (показан на рисунке 10). Электроды пьезоэлектрической керамической цилиндрической трубки одинаково разделены на две группы и независимо возбуждаются для получения монополя (режим 0) и диполя (1 режим), а затем сотрудничать с перегородкой, чтобы реализовать одностороннее направление. Исследовательская работа также использует фазовую связь между режимами для разработки независимого усилителя мощности и схемы настройки через низкую частоту \"0 + 1 \" и высокую частоту \"0 + 1 \". －1 \"Модальный комбинированный элемент управления реализует широкополосные рабочие характеристики. Преобразитель принимает 4 п.Е. 4 пьезоэлектрических круглых трубки φ38,2 мм × φ31,8 мм × 19 мм в направлении высоты, а размер после упаковки-φ48 мм × 79 мм. Изготовлен из двух кусочков пробковой резины, ламинированной, образуя полукруг. Цилиндрическая поверхность имеет толщину 6 мм, а отклик на напряжение излучения колеблется на 6 дБ в полосе частоты 26-46 кГц.

2. Технические инновации для улучшения частотных характеристик

Благодаря многонациональному расширению направления применения подводной акустической технологии, диапазон рабочей частоты активных сонарских систем постоянно расширяется. Среди них частота рабочей частоты изображений с высоким разрешением была увеличена до 106 Гц, а полоса рабочей частоты обнаружения сверх длинной дистанции и общения сонар еще ниже. Ниже 100 Гц; С другой стороны, разработка обработки информации сонара требует, чтобы полоса рабочей частоты преобразователя была максимально широкой. Следовательно, низкочастотные преобразователи и широкополосные преобразователи привлекли большое внимание в подводном акустическом поле в последние годы, и результаты исследований довольно богаты. Тем не менее, есть еще много теоретических и технических проблем, которые не были хорошо решены. Этот аспект все еще будет исследовательской точкой и фокусом будущего развития. Этот раздел выбирает исследовательскую работу в направлении низкочастотных преобразователей и широкополосных преобразователей, а также анализирует и суммирует их. Инновационные идеи и новые технологические достижения.

⑴ Инновационный дизайн низкочастотного преобразователя

① ОБЪЕДИНЕНИЕ ВИБРАЦИОННЫЙ НЕОБХОД

Первой технической проблемой, с которой сталкивается разработка низкочастотных преобразователей, является геометрический размер. Как правило, рабочая частота резонансных преобразователей обратно пропорциональна геометрическому размеру, то есть чем ниже частоты преобразователя, тем больше геометрический размер, такой как продольное преобразование 500 Гц. Длина энергетического устройства составляет около 3 м. Изгибающая вибрация может эффективно уменьшить геометрический размер низкочастотных преобразователей. Среди них преобразователи, функциональные устройства, непосредственно участвуют в изгибной вибрации в основном, включают датчики изгибания луча, преобразователи изгибания диска и т. Д.

На рисунке 11а показана типичная трехэтажная структура изгибающего луча. Кусок пьезоэлектрических керамических полосок наклеивается сверху и нижней частью изгибающего луча. Когда одна из пьезоэлектрических керамических полос растягивается, а другая сжимается при возбуждении, металлическая луч в середине будет производить изгибающую вибрацию. Этот вид преобразования энергии. Устройство должно подвергаться воздействию воды с одной стороны, чтобы излучать звуковые волны, поэтому обычно несколько изогнутых пучков объединяются для образования воздушной полости, как показано на рисунке 11b, каждая излучающая поверхность вибрирует в фазе.

Аналогичный принцип работы называется изогнутым датчиком диска со структурой диска, которая также включает трехслойную и двойную структуру. На рисунке 11C показан компактный изогнутый преобразователь диска, состоящий из пары двойных листов. (Бендер). Анализ системы Делани исследовал низкочастотные, малые и мощные эксплуатационные характеристики Бендера.

Развитие низкочастотных преобразователей изгибной вибрации также включает в себя новый тороидальный преобразователь с распределением структуры (показан на рисунке 12). Разделитель тороидального преобразователя может рассматриваться как специальный преобразователь изгибающего луча. Первоначальная структура была предложена Харрисом в 1957 году. Композитный кольцевой луч состоялась из внутреннего пьезоэлектрического керамического кольца и внешнего металлического кольца. Моделирование и анализ преобразователя были основаны на модели \"настройки вилки \", показанной на рисунке 12b, а элемент приводного управления был скорректирован на разделенную структуру. Датчик разделенного кольца может быть спроектирован с большим размером, а масса может быть отрегулирована с помощью распределения толщины для достижения оптимизации рабочей частоты и характеристик радиации, как показано на рисунке 12C.

② преобразователь натяжения

Концепция Flextensional Transducer началась с патента Хейса в 1936 году. После того, как Toulis опубликовал патент на транс -датчик типа IV в 1966 году, исследование и применение флэкстрационного преобразователя начали быть активными, и их было более половины, поэтому их было более половины, поэтому их было более половины, поэтому их было более половины. далеко. В столетииdИстория эволюции, рождены различные структурные формы флекслентных преобразователей, а их принципы работы и структурные процессы полны инновационных дизайнерских идей. Мы не можем ввести их один за другим в хронологическом порядке их развития, только флекслентные преобразователи. Структура и методы стимулирования компании разделены на следующие три категории, которые кратко проанализированы и суммируются.

△ Преобразователь изгибающего натяжения с цилиндрической структурой. Этот тип преобразователя обусловлен продольным телескопическим вибратором для трансляции гибкой вибрационной оболочки, как показано на рисунке 13. Вибрирующая оболочка преобразователя представляет собой трансляционную структуру, то есть цилиндрическую поверхность различных форм, управляемая одной или несколькими Продольные телескопические вибраторы, A IS IS Flextensional Trastensional Type IV, B является энергетическим устройством транс-датчика типа VII, C-это \"звездообразное \", преобразователь изгибающего натяжения, управляемый ортогональным пьезоэлектрическим стеком, и \"Звездная форма \" Преобразователь изгибающего натяжения, управляемый четырехугольником магнитострикционным вибратором. Поскольку этот тип преобразователя легко разрабатывать разбитый вибратор возбуждения, направленный флексенсионный преобразователь, описанный выше, обычно выбирает этот тип структуры.

△ Преобразователь изгибающего натяжения с длинным вращающимся телом. Этот тип преобразователя управляется продольным телескопическим вибратором для управления вращательной симметричной изгибающей вибрационной оболочкой, как показано на рисунке 14. Вибрирующая оболочка преобразователя представляет собой симметричную структуру вращающего обычно управляются продольным телескопическим вибратором. Рисунки 14A и B являются выпуклыми формами структуры транс -датчика типа I и вогнутой структуры; Как показано на рисунке 14C, продольный вибратор возбуждения преобразователя удлиняется в осевом направлении, чтобы увеличить объем функционального материала для развития в транс -датчик типа II; Как показано на рисунке 14D, гибкая вибрационная оболочка предназначена в виде двух или более секций, она разрабатывается в транс -датчик типа III. Оба типа II и типа III Flextensional преобразователей имеют соответствующие вогнутые структуры.

△ Преобразователь изгибающего натяжения с плоским вращающимся телом. Этот тип преобразователя обусловлен радиально расширяющимся вибратором для управления вращательной симметричной изгибающей вибрационной оболочкой, как показано на рисунке 15. Вибрирующая оболочка преобразователя представляет собой вращательную симметричную структуру, как правило, пара выпуклых или вогнутых сферических крон (или сферическая Короны), управляемые радиально расширяющимся кольцевым или дисковым вибратором, на рисунке 15А показан кольцевой транс-датчик V-типа, B представляет собой Flextensional V-типа, управляемый пластинами, C является транс-датчиком типа VI, D и E Flextensional Transducers, разработанные на основе структуры B, устройство называется датчиком тарелки.

△ Структура полости низкочастотный преобразователь. Гельмгольц резонатор является основной формой структуры полости подводного акустического преобразователя, как показано на рисунке 16. A, B и C являются тремя основными структурами резонаторов Гельмгольц, которые используют пьезоэлектрическое возбуждение керамической трубки, изгивание диска и пьезоэлектрическое возбуждение керамического мяча. Анкет Гельмгольц резонаторы обычно имеют узкую полосу рабочей частоты, и D используется на основе B двойные рабочие поверхности изогнутого диска, возбуждающие резонансные полости разных объемов, чтобы реализовать операцию двойного резонанса. В литературе была установлена ​​более полная модель анализа резонатора Гельмгольца и проанализировала взаимосвязь между рабочими характеристиками и структурными параметрами резонатора Helmholtz 300 Гц. Morozov et al. спроектировал источник звука подводного органа (показан на рисунке 17). Дизайн рисунка 17а реализует настройку частоты, перемещая рукав, чтобы изменить импеданс резонансной системы. Частота настройки колеблется от 225 до 325 Гц, а эффективность составляет до 80% или более, что отражает систему высокого Q (коэффициент качества) с высокими характеристиками эффективности; На рисунке 17b в конструкции используется структура с двойной трубкой со встроенным сферическим источником звука для достижения двухчастотного резонанса. Низкочастотный резонанс-это резонанс полости, состоящий из рукава с двойным сечением. Высокочастотный резонанс-это только резонанс, соответствующий внутренней резонансной трубе. Внешняя рукав и внутренняя резонансная трубка могут использовать металлический алюминиевый или неметаллические материалы из углеродного волокна.

⑵ Инновационный дизайн широкополосного преобразователя

В истории развития подводной акустической технологии было получено различные структурные формы подводных акустических преобразователей, каждый из которых имеет рабочие характеристики, определяемые его структурными характеристиками. Чтобы адаптироваться к инженерным потребностям широкополосного применения, почти каждый структурный преобразователь сталкивается с техническими проблемами проектирования широкополосной связи и улучшения процессов. Среди них продольный преобразователь является одной из наиболее распространенных структурных форм преобразователей в областиПодводной широкополосный преобразовательАнкет Результаты исследований дизайна и применения широкополосной связи довольно богаты. Технические принципы широкополосной конструкции других структурных преобразователей в основном похожи. Этот раздел посвящен серии новых дизайнерских идей, основанных на продольных преобразователях для достижения широкополосных характеристик.

① Комбинация полосы широкополосной продольной датчики

Применение комбинации полос частот уже началось на ранней стадии разработки технологии сонар. Ранняя работа была замечена в 1940 -х годах. Три магнитострикционных продольных преобразователей с различными частотами резонанса были использованы для управления прямоугольной излучающей пластиной и шести преобразователей в расположении лестницы. Приводящиеся в результате общей обмотки (показано на рисунке 18), независимые резонансные частоты преобразователя составляют соответственно 21,5, 23 и 24,5 кГц, Q = 12 и Q = 4 после комбинации. Хотя этот метод комбинации полосы частот не является строго широкополосным преобразователем, он по -прежнему широко используется в области подводной акустики, особенно в акустических системах, таких как шумовое моделирование и акустические приманки. Комбинация устройства реализует сверхшировые характеристики излучения.

② Модальная связь широкополосная продольная датчик

Предполагается, что передняя крышка продольного преобразователя вибрирует в способе поршня при анализе одномерной модели, то есть вибрации изгиба. Когда рог радиационной поверхности преобразователя относительно широкий, он должен сопровождаться изгибающей вибрацией, что разумно с использованием режима изгибающей вибрации передней крышки, чтобы эффективно соединить его с режимом продольной вибрации, широкополосный продольный преобразователь может быть спроектирован. Литература изучала эффект связи изгибной вибрации и продольной вибрации квадратной излучающей крышки и разработала широкополосный преобразователь. В другой литературе вибрирующий и изгивающий диск встроен в радиационное покрытие, а изгибающий диск сочетается с режимом вибрации продольного преобразователя, а широкополосный преобразователь спроектирован и разработан, как показано на рисунке 19а. Пьезоэлектрический стек продольного преобразователя может быть спроектирована в нескольких группах. Как показано на рисунке 19b, это основная структура преобразователя, которая использует модальную связь с двойным возбуждением для достижения широкополосной работы. Батлер основан на структуре двойного возбуждения продольного преобразователя. Глубная разработка, такая как использование магнитострикционного и пьезоэлектрического гибридного двойного возбуждения для разработки широкополосного продольного преобразователя и передней крышки для вставки сопоставления сопоставления длины волны 1/4 и разработки резонанса резонанса третьего порядка, соединяющего режим резонанса с резонансом третьего порядка. Transducer Устройство, как показано на рисунке 19C, имеет полосу рабочей частоты от 13 до 37 кГц.

③broadband Продольный преобразователь в сочетании с жидкой полостью

Типичная конструкция связи между продольным преобразователем и жидкой полостью является преобразователем Janus-Helmholtz (показан на рисунке 20). Продольный преобразователь принимает двойную излучающую структуру, называемую Янусом, с цилиндрическим рукавом, предназначенным для образования резонансной полости Гельмгольца между двойными излучающими головами Януса; Общий резонансный преобразователь жидкой полости имеет узкую полосу рабочей частоты. В совместном применении Janus широкополосная передача может быть реализована посредством оптимизированной конструкции модальной связи.

Галл спроектировал два преобразователя Janus-Helmholtz, 300 Гц и 160 Гц, и подробно изучил эффект добавления совместимой трубки в резонансную полость Гельмгольца на широкополосную эксплуатационные характеристики преобразователя.

⒊technical Innovation для улучшения силы испускаемого звука

Прямой способ увеличить звуковую мощность подводного акустического преобразователя состоит в том, чтобы увеличить объем преобразователя, увеличить количество и сформировать близкую упакованную матрицу. Наиболее эффективным методом является использование функциональных материалов высокоэнергетической плотности. Предыдущие главы объяснили применение высокоэнергетических функциональных материалов. Этот раздел посвящен техническим инновациям в структуре и процессе малых мощных преобразователей.

При описании преимуществ и недостатков малого размера и высоких характеристик мощности преобразователя, для измерения обычно используется объемная фигура заслуги, а именно

FOMV = WA/V/F0/Q ⑴

Формула ⑴ Определяет коэффициент заслуги громкости определенного типа преобразователя, где: WA - это звуковая мощность (W), V - объем преобразователя (M3), F0 - резонансная частота (Гц), Q - коэффициент качества Коэффициент объема устройства тесно связан со структурой и функциональными материалами. Делани разработала и разработала компактный преобразователь изогнутого диска (Bender), а также систематически анализировал и изучила рабочие характеристики низкочастотной, малой и мощной работы Bender.

Существуют литературы, разрабатывающие вогнутую структуру типа I типа I (тип вогнутого ствола) преобразователь изгибающего натяжения в более компактную комбинацию, которая позволяет множеству кластеров преобразователей в ограниченном объеме, чтобы максимизировать смещение объема и достичь больших характеристик мощности, как показано на рисунке 21, в вершина из 6 типа I Flextensional Transducers кластеризуются вместе, чтобы сформировать трехмерный шестикратный шестикамерный транс-датчик, который имеет характеристики компактной структуры, низкой частоты, высокой мощности и широкочастотной полосы: фундаментальная частота резонанса. Отклик напряжения при 1,15 кГц составляет 127 дБ, вспоминает, а реакция напряжения передачи от 800 Гц до 10 кГц превышает 120 дБ. Параметр FOMV не приведен в литературе, и ожидается, что он будет эквивалентен или выше, чем в форме \"Flextensional Transducer \".

Вышеуказанная конструкция и анализ для достижения небольшого размера и высокой мощности в основном начинаются с электрических и механических пределов, и только учитывают плотность энергии функциональных материалов и предел вибрации структуры. Когда преобразователь требует длительного импульса или непрерывной работы, тепло и рассеяние тепла преобразователя станет самой большой проблемой в условиях высокой мощности. В настоящее время термический предел является основным фактором, ограничивающим окончательную мощность преобразователя. Термический предел преобразователя является одной из важных основных проблем, которые решаются в инженерии. Так же, как детали процесса преобразователя, не так много публичных исследовательских работ. Существуют литературы для моделирования и анализа тепловых проблем низкочастотных и мощных преобразователей, а также обсудить проблемы теплопроводности Януса-Хельмгольца и транс-датчиков типа IV. Когда преобразователь работает на мелководье, особенно низкочастотной и высокой передачи мощности, увеличение звуковой мощности также будет ограничено акустическим пределом кавитационного коэффициента. На этом фоне метод увеличения мощности одного преобразователя больше не эффективен. Базовый массив также будет ограничен, так что существует только один способ сформировать редкий базовый массив.

Следовательно, при проектировании низкочастотных и мощных преобразователей необходимо рационально выбирать структурную форму и материалы функции вождения с учетом таких факторов, как электрический предел, механический предел, тепловой предел и акустический предел, а также проводят общий анализ и всесторонняя оптимизация. Существует оптимальная связь между предельной мощностью и объемом преобразователя. Углубленные исследования по этому поводу станут одним из технических направлений низкочастотных и мощных преобразователей в будущем.

⒋technological Innovation для повышения гидростатической устойчивости к давлению

В настоящее время академическое сообщество предложило идеи развития, такие как прозрачные океаны и информированные океаны. Цель состоит в том, чтобы позволить подводным информационным технологиям покрывать все уголки океана, включая полярные регионы и пропаренные траншеи. Поэтому они выдвинули требования для использования подводных акустических преобразователей более подробно. Даже бросить вызов способности работать в глубоких морях. Гидростатическая устойчивость к давлению преобразователя тесно связана со структурой преобразователя, особенно для низкочастотных преобразователей излучения с низкой структурной жесткостью. Решение технологии структуры устойчивости к гидростатическому давлению стала важной темой в текущей технологии преобразователя. Текущие эффективные методы и средства для решения рабочей глубины в основном включают заполнение жидкости, совместимое наполнение жидкости, естественную структурную поддержку, компенсацию газового цилиндра высокого давления, компенсацию подушки безопасности и т. Д. На глубине работы выше 1000 м, единственным эффективным техническим методом. это технология заполнения жидкости, в том числе свободный тип переполнения, непосредственно использует морскую воду в качестве жидкости для заполнения или заполняет некоторые нефтяные носители для достижения самостоятельного баланса давления; В пределах 1000 м в жидкой полости может использоваться трубка соответствия, устойчивая к давлению, для улучшения соответствия жидкой полости; В течение 200 м естественная поддержка структуры может противостоять гидростатическому давлению. Некоторые преобразователи с очень низкой структурной жесткостью (такие как перемещающиеся датчики катушки) могут использовать воздушные цилиндры высокого давления для обеспечения компенсации давления. Как правило, в течение 100 м можно использовать компенсацию подушки безопасности. Приведенный выше преобразователь структуры полости может быть разработан в качестве заполненного жидкостью рабочего режима для достижения глубоководной работы. В этом разделе приведены несколько примеров применения конструкции конструкции, наполненной маслом.

Кендиг’Исследовательская работа, опубликованная в 1965 году, комбинированное применение 4 пьезоэлектрических керамических продольных датчиков, управляемых дисками, заполненными силиконовым маслом для защиты пустоты, образованной между стальной оболочкой (включая звуковой резиновую пластину) и преобразователь. Подключено с задним жидкостью. Передний конец, проницаемый звук и резиновое окно заднего конца, контактируют с морской водой для достижения внутреннего и внешнего баланса давления. Рабочая полоса пропускания преобразователя составляет 30-50 кГц, и экспериментально изучалась работа в диапазоне гидростатического давления 0-6,9 МПа. Характерна, этот метод баланса давления все еще используется во многих глубоководных сонарных массивах. На рисунке 22b показан свободный тороидальный преобразователь переполнения тороидального датчика с заполненной маслом структурой. Пьезоэлектрическое керамическое кольцо подвешено в полиуретановой резиновой рукаве, а внутренняя часть заполнена силиконовым маслом для достижения баланса давления с внешним миром. Полиуретановый резиновый рукав является идеальным материалом для передачи звука, этот вид преобразователя имеет аналогичные рабочие характеристики, как и прямая инфузионная форма полиуретановой резины. Для круглой трубки PZT-4Φ150 мм× φ140 мм×50 мм, анализ имитации и экспериментальное исследование полиуретановой резины в диапазоне частот 5～10 кГц материал рукава заменен на титановый сплав или сталь. В результате титановый сплав уменьшает реакцию напряжения излучения примерно на 6 дБ, а сталь уменьшает реакцию напряжения излучения примерно на 12 дБ.

3. Заключение

Рассматривая историю развития технологии преобразователей, от рождения первого пьезоэлектрического преобразователя до активного развития современных технологий преобразователей, часто появляются технологические инновации в подводных акустических преобразователях. Основные цели инноваций и разработки технологии преобразователей включают в себя: упрощение сложных процессов, прорыв технических узких мест, переписывание технических ограничений, улучшение комплексных технических результатов, предложение новых концепций и новых механизмов, создание и разработка новых технических направлений, а также углубление и совершенствование Теория системы дисциплин преобразователей и так далее. В этой статье представлены некоторые исследования, которые отражают инновационный дизайн и изысканное мастерство преобразователя из аспектов нового материала, новой структуры и технологий и т. Д.