Forschungsfortschritts- und Entwicklungsmöglichkeiten der Unterwasser akustischen Wandlertechnologie (2

Forschungsfortschritt von tiefen Wasserwandlern

Tiefseeraum ist die neuen Kommandohöhen des aktuellen maritimen Militärwettbewerbs. Eines der strategischen Ziele meines Landes ist es, sich in Richtung Deep Blue zu bewegen. Die Entwicklung von akustischen Tiefsee-Geräten fördert kontinuierliche Durchbrüche in der Deep-Water-Wandlerforschung. Unter den in Abschnitt 1.1 dieses Artikels eingeführten niederfrequenten Wandlern sind der gekrümmte Scheibenwandler und der Rohrstrahlkuppling-Ring-Wandler mit Überlaufhohlraumstruktur auch Entwurfsbeispiele für Tiefwasserwandler. Ich werde sie hier nicht wiederholen, sondern einige typische vorstellen. Die neuen Forschungsergebnisse von Tiefwasserwandlern.

Abbildung 7a zeigt die beiden HaupthelmholtzUnterwasser akustischer WandlerStrukturen mit Endanregung und mittlerer Anregung. Die theoretische Untersuchung der Resonanzfrequenz der Flüssighöhle unter elastischen Wandbedingungen wird durchgeführt. Abbildung 7b zeigt den ausgelegten Multi-Cavity-Niederfrequenz-Breitbandwandler unter Verwendung des Überlaufrohrwandlers als Anregungsquelle. Der in Abb. 7C entwickelte Niederfrequenz- und Hochleistungs-Janus-Helmholtz-Wandler; Es ist auch durch die Ausdehnung des Hohlraumzylinders des Janus-Helmholtz-Wandlers zur Vorderseite der Kolbenstrahlung ein neuer Flüssighöhle an der Mündung des Janus-Kühlers gebildet. Mit dem Janus-Helmholtz-Wandler mit mehreren Cavity Janus-Helmoltz (Abbildung 7d) kann der Wandler ein breiteres Arbeitsfrequenzband haben. Abbildung 7E zeigt den entworfenen Überlaufring Deepwater -Wandler für die akustische Unterwasserkommunikation. Das Design nutzt den Kopplungseffekt von Flüssighöhlenresonanz und radialer Schwingung von kreisförmigen Ring, um Breitband -Betriebsmerkmale zu erreichen. Abbildung 7F zeigt die entworfene Halbraum-Verzeichnis des Überlaufring-Tiefwasser-Breitbandwandlers. Die Metallbasis wird verwendet, um die vertikale Direktivität des Wandlers zu verbessern und die hintere Strahlung zu unterdrücken. Der in Abbildung 7G entworfene Tiefwasser-Breitband-Längsschnittschatzer. Der Wandler verwendet die Kopplung von Längsschwingungs- und Frontabdeckungsvibrationen, um einen Breitbandbetrieb zu erzielen. Der Wandler ist in einem druckresistenten Gehäuse mit Titanlegierung eingekapselt, und der Gehäuse und der Wandler sind mit Silikonöl gefüllt. Durch das Druckausgleichsgerät, um tiefes Wasser zu arbeiten.

Abbildung 7 Deepwater -Wandler

1.4 Forschungsfortschritt des Vektorhydrophons

Mit der tiefen Aufmerksamkeit der Menschen auf die Vektorinformationen des Schallfeldes und der Bedeutung vonVektorhydrophonForschung, Vektorhydrophon -Technologie entwickelt sich weiter und ist in den letzten Jahren zu einer der internationalen Forschungs -Hotspots geworden. Im 21. Jahrhundert ist die Vektor -Hydrophonanwendungsforschung meines Landes am aktivsten. Nach den statistischen Ergebnissen Ende 2014 stammten fast die Hälfte der akademischen Leistungen im Bereich internationaler Vektorhydrophone und ihrer Anwendungen aus meinem Land. Hier finden Sie eine kurze Einführung in den jüngsten Forschungsfortschritt von Vektorhydrophonen.

Die typische Struktur eines Vektorhydrophons ist ein Co-Mode. Das Co-Mode-Vektorhydrophon wird hergestellt, indem Trägheitsenselemente (Schwingungsbeschleunigungsmesser, Speedometer usw.) in einer kugelförmigen oder zylindrischen Hülle eingekapselt werden. Sein Arbeitsprinzip basiert auf den Eigenschaften einer starren Kugel oder einem Zylinder, die unter der Wirkung eines Schallfeldes eine oszillierende Bewegung durchführen und im Allgemeinen für Null -Auftrieb ausgelegt sind (Abbildung 8a). Die Theorie und Technologie in diesem Bereich sind relativ reif. Heutzutage werden neue Arten von piezoelektrischen Einkristallmaterialien PMNT und PZNT verwendet, um das Volumen des Hydrophons zu verringern, die Empfindlichkeit zu erhöhen und die Selbstversorgung zu verringern. Vektorhydrophone werden hauptsächlich in Arrays auf Landbasis, geschleppten Arrays und Seitenarrays verwendet. Niederfrequenzvektorhydrophone werden auch bei der Messung der marinen Umgebung, der Messung von Tauchern/Boje und anderen Systemen verwendet.

Abbildung 8 Vektorhydrophon

Abbildung 8B ist ein co-vibrierendes Säulenvektorhydrophon, das fixiert installiert werden kann. Sein Grundprinzip hat sich nicht geändert. In der Struktur wird der Aufhängungsrahmen durch eine Montagestange ersetzt und die Federfeder in eine Gummifeder geändert. Das Anwendungsszenario dieser Struktur kann auf feste Installation auf dem Plattformträger erweitert werden.

Mit der Entwicklung der Mikroelektromechanischen Verarbeitungstechnologie (MEMS) wurde die MEMS-Technologie auf das Design und die Entwicklung von Vektorhydrophonen angewendet. Die MEMS-Technologie kann mikroelektronische Komponenten wie empfindliche Einheiten, Kontrollschaltungen, Matching-Schaltungen mit niedrigem Anspruch und die Probenahme-Vorverarbeitungsmodule integrieren. In einem wird das akustische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein typischer Arbeitsmodus besteht darin, einen Mikrobezugssensor als empfindliches Element (Abbildung 8C) zu verwenden, das Prinzip der piezoresistiven Wirkung von Einzelkristall-Silizium zu verwenden, um einen empfindlichen Chip zu entwerfen und einen dreidimensionalen Ko-Vibrationszylinder-Verbundmems-Vektor zu entwickeln Hydrophon. Ein weiterer Arbeitsmodus basiert auf dem Prinzip der Bionik, das das Prinzip der lateralen mechanischen Erfassungszellen des Fischs nachahm, um die Wasserbewegung zu spüren, und entwarf ein MEMS -Piezoresistiv -Vektorhydrophon (Abbildung 8d).

Optisches Faserhydrophon ist eine der erfolgreichen Anwendungen der optischen Fasererkennungstechnologie auf dem Gebiet der Unterwasserakustik. Es zeigt die technischen Eigenschaften von hoher Empfindlichkeit, geringem Rauschen, großem Dynamikbereich und Anti-Interferenz. In den letzten Jahren wurde es auch in Vektorhydrophonen häufig verwendet. Forscher haben ein Glasfaser -Vektorhydrophon entworfen und entwickelt. Fig. 8E ist ein dreidimensionales zylindrisches Glasfaservektorhydrophon. Basierend auf dem Bragg-Gitter werden die Beschleunigungseinheit und die Schalldruckerfassungseinheit ausgelegt, und das Hydrophon der Schalldruckvibrationsgeschwindigkeitsvektor wird entwickelt. Abbildung 8f ist ein 3D -kugelförmiger Faservektorhydrophon. Basierend auf dem vollständigen Polarisations-Faser-Faser-Interferenzsystem wurde ein 3D-Hydrophon des interferometrischen Faservektors entwickelt, das eine kompakte Struktur aufweist und das Schallzentrum an einem Punkt zusammenfällt.

Der Forschungsfortschritt von Niederfrequenzwandlern, Hochfrequenz-Breitbandwandlern,Deep-Wasser-Wandlerund Vektorhydrophone. Obwohl die gesammelten Daten nicht erschöpfend sind, ist sie ziemlich typisch und repräsentativ. Grundsätzlich zeigt es den Grenzüberblick über die Entwicklung der Unterwasserschwerer meines Landes. Im Vergleich zu den legendären Innovationsarbeiten an Wandlern in verschiedenen Zeiträumen der Welt ist ein beträchtlicher Teil der innovativen Designarbeit in meinem Land mehrere Jahre oder sogar mehr als zehn Jahre später als das internationale hochmoderne Technologieebene.

Der größte Impuls für die Entwicklung der hydroakustischen Wandler meines Landes beruht auf den Anwendungsanforderungen im Bereich der Hydroakustik -Technologie. In einer Zeit, in der die wirtschaftliche Stärke und die wissenschaftliche und technologische Stärke meines Landes relativ schwach sind, ist diese Entwicklungsmethode die effektivste, aber nach längerer Zeit wird es offensichtliche historische Spuren geben, was zu unsystematischen Disziplinen, unvollständigen Produktreihen und zu unvollständiger Produktreihen und zu führen, und zu einer unvollständigen Produktreihe und zu einem theoretische Grundlagen. Die Situation unzuverlässiger, unvollständiger spezialisierter Technologie, nicht nachhaltiger beruflicher Unterstützung und instabiles Talentteam.

In Bezug auf die Tiefwasserwandlertechnologie hatten einige große Meeresländer im 20. Jahrhundert bereits viele reife Technologien und Produkte. Einige akustische Tiefsee-Ausrüstung können auch in mein Land exportiert werden. Die Nachfrage nach SONAR-Technologie für die Tiefsee in meinem Land war jedoch bis zum Ende des 20. Jahrhunderts immer noch nicht stark. Die Deepwater Transducer -Technologie war zu dieser Zeit fast in einem leeren Zustand. In den letzten Jahren hat das Land seine Investition erhöht und auf die Forschung von grundlegenden Theorien und grundlegenden Kerngeräten beachtet. Neue Leistungen auf dem Gebiet der akustischen Unterwasser -Wandler wurden entstanden, technische Fähigkeiten wurden von Jahr zu Jahr verbessert, und der technologische Fortschritt war bemerkenswert. Einige der im vorherigen Artikel aufgeführten Forschungsergebnisse sind mit der internationalen Grenzebene synchronisiert, aber die allgemeine Synchronisation und die umfassende parallele Entwicklungsmomentum sind weit davon entfernt, sich zu bilden, insbesondere in den historisch kurzen und schwachen Richtungen für Transducer -Technologien und neuen technologischen Errungenschaften. Es ist nur selten und die Produktleistung ist immer noch sehr schwach.