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Neue Art des Unterwasserschichtwandlers und neue Technologie des Wandlers

Anzahl Durchsuchen:0     Autor:Site Editor     veröffentlichen Zeit: 2021-09-06      Herkunft:Powered

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Akustische Wellen sind der einzige Träger, den Menschen haben, der Informationen und Energie über große Strecken im riesigen Ozean übertragen kann. Auf dem Land nutzen die Menschen elektromagnetische Wellen, um Radare zu entwickeln. In ähnlicher Weise verwenden Menschen akustische Wellen als Informationsträger, um Unterwasserziele zur Erkennung und elektronische Geräte für Positionierung, Identifizierung und Kommunikationssonar zu entwickeln. SONAR Schultern einer wichtigen Mission, die alle Ecken des riesigen Ozeans erreicht, verschiedene Dinge darin identifizieren, die Menschen das wahre Gesicht der Unterwasserwelt erzählen und Menschen bei der Erforschung der Geheimnisse des Ozeans helfen, um zu erforschen, um es zu erforschen werden unter Wasserkommunikationsnavigation, Wasserfischerei, Entwicklung von Meeresressourcen, Meeresgeologie und Geomorphologie -Erforschung. Der Grund, warum Schallwellen der beste Unterwasserinformationsträger werden Wellen und können über lange Strecken übertragen werden. Dieser Vorteil macht Sonar durch die Verwendung von Ultraschallwellen, um Unterwasser von Anfang an zu beobachten. Das Ziel beginnt und entwickelt sich weiter. Gegenwärtig wurde das Arbeitsfrequenzband von Sonar auf einen weiten Bereich ausgedehnt. Das aktive Sonar wurde von zehn Hz bis zehn MHz ausgedehnt, und das niedrige Ende des passiven Sonars wurde auf den Infrastbereich ausgedehnt. In einem so großen Frequenzband wird gemäß den Vorschriften das wichtige Gerät, das Schallwellen in Form von Signalen und Sinnen stimuliert und erzeugt, ohne Verzerrung Schallwellen in Wasser oder Sonar -Array als Sonar -Wandler oder Sonar -Array stimuliert. Diese Geräte sind die Front-End-Ausrüstung des Sonarsystems sowie das \"Fenster\", damit das Sonar-System mit dem Wassermedium interagieren und Informationen austauschen kann, und die Funktionen des Sonarsystems sind die Funktionen des Sonarsystems. Für Sonarwandler oder Sonar -Arrays wird es lebhaft als \"Augen und Ohren\" des Sonarsystems bezeichnet. Mit der kontinuierlichen Ausweitung des Anwendungsfelds der Sonar-Technologie und der ständig steigenden Nachfrage nach militärischer Konfrontation und dem Kampf sind neue Prinzipien, neue Technologien und neue Sonarausrüstungen nacheinander nacheinander aufgetaucht. Die Entwicklungsanforderungen der neuen Sonar -Technologie haben die schnelle Entwicklung der Wandlertechnologie und dieselben technologischen Durchbrüche im Bereich der Wandler und die Entwicklung neuer Materialien, neuer Mechanismen und neuer Strukturen von gesteuertUnterwasser akustische Wandlerhabe auch das Sonarsystem \"erfrischend\" gemacht. Hier finden Sie einen kurzen Überblick über den Entwicklungsstatus der Transducer -Technologie in den letzten Jahren basierend auf den Informationen, die der Autor hat, und das begrenzte Verständnisstufe. Es umfasst hauptsächlich einen neuen materiellen hydroakustischen Wandler, eine neue Struktur und den neuen Mechanismus -Hydroakustikumwand, eine neue Art von Hydrophon, Breitbandtransducer -Technologie usw.

2 Neue Material unter Wasser akustischer Wandler

Der Wandler ist ein Gerät, das die Energieumwandlung im Sonarsystem realisiert. Im Wandler gibt es ein spezielles Material, das Energie umwandeln kann. Dieses Material wird als funktionales Material bezeichnet. Die funktionellen Materialien, die zur Herstellung von Wandlern verwendet werden, umfassen hauptsächlich piezoelektrische Materialien (wie piezoelektrische Kristalle, piezoelektrische Keramik, piezoelektrische Polymere usw.) und magnetostriktive Materialien (wie Nickel, Kobalt, Nickel-Eisen-Leichtmetall, Ferriten, Seltener erdeisen, usw. usw. usw. ) Usw.) verwenden sie piezoelektrische Wirkung und magnetostriktiven Effekt, um die gegenseitige Umwandlung zwischen elektrischer Feldergie oder Magnetfeldergie und mechanischer Energie zu realisieren. Der Durchbruch der Wandlertechnologie wird grundlegend durch den technologischen Durchbruch funktioneller Materialien bestimmt. In den letzten Jahren haben verschiedene technische Errungenschaften im Bereich funktionaler Materialien auch die Entwicklung der Wandlertechnologie erbracht. Der Arzt entdeckte, dass die Lanthanid -Seltenerdmaterialien erstaunliche magnetostriktive Eigenschaften aufweisen, aber in der Praxis nicht verwendet wurden, da der Curie -Punkt niedriger als Raumtemperatur ist. Später wurde festgestellt, dass binäre, ternäre oder quaternäre Legierungen aus Seltenerdelementen und Eisen auch riesige magnetostriktive Eigenschaften bei Raumtemperatur aufweisen. Die repräsentativste Seltenerdlegierung ist Terfenol-D (die Zusammensetzung ist TB0.27DY0.73FE1). 95), es ist zu einer neuen Art von funktionalem Material geworden, das seit den 1980er Jahren viel Aufmerksamkeit erregt hat. Relaxation Ferroelektrische Einkristall-Blei-Magnesium-Niobat-Führungstitanat (PMN-PT) und Blei-Zink-Niobat-Führungs-Titanat (als PZN-PT bezeichnet) sind neue Arten von zusammengesetzten Perowskit-Kristallmaterialien und entstehen auch eine Klasse von neuen Funktionsmaterialien mit großartigen Anwendungsaussichten. Zuvor wurde Nickel üblicherweise als Material für Wandler verwendet. 1917 machte der französische Wissenschaftler Langevin einen Sonar -Wandler mit einem Quarzkristall und setzte in den 1940er Jahren einen Präzedenzfall für die Anwendung von piezoelektrischen Materialien im Sonar. Batio3 PZT -Keramik mit starken piezoelektrischen Eigenschaften wurden erfolgreich entwickelt und wurden in Sonarsystemen breit verwendet. Die in den 1950er Jahren entwickelte PZT -piezoelektrische Keramik haben einen breiten Betriebstemperaturbereich und hervorragende elektromechanische Eigenschaften. Die Umwandlungseffizienz macht die Insuffizienz von BA TiO3 -Keramik aus und wurde einst zum Material der Wahl für Unterwasser akustische Wandler. Unter ihnen ist das piezoelektrische Keramikmaterial mit hoher Energiedichte PZT-8. Ein einfacher Vergleich der oben genannten Materialien: Terfenol-D, PMN-PT, PZN-PT kann etwa das 5-fache der von PZT-8- und 50-fachen der von Nickel erzeugen; Die piezoelektrischen Konstanten von PMN-PT und PZN-PT sind D33. Es ist 6-8-mal das von PZT-8-Material. Die Verwendung dieser PZT -Materialien zur Entwicklung neuer Unterwasserakustikwandler ist eines der aktuellen heißen Themen.

Magnetostriktives Material vonZylinderunterwasserschildist selten, welches Erdgigant magnetostriktives Material einen magnetostriktiven Effekt verwendet, um die gegenseitige Umwandlung zwischen Magnetfeldergie und mechanischer Energie zu realisieren, und wird hauptsächlich zur Entwicklung von Niedrigfrequenz- und hohen Leistungsunterwasser -Akustikemissionswandlern verwendet. Es ist eine Art \"komplexe\" Struktur des Wandlers - hohen Temperatur, der überliefert, magnetostriktivhydroakustischer Wandler ist. Aus der Perspektive der Struktur des Wandlers ist seine Struktur sehr einfach. Es ist ein gewöhnlicher Dual -Heizkörper -Längswandler. Das sogenannte SO \"komplex\" hier bezieht sich auf seine reichhaltige physische Konnotation. Die magnetostriktive Kraft von Materialien mit Seltenen erdlegiert bei niedriger Temperatur ist bei Raumtemperatur größer als die bei Raumtemperatur. Zum Beispiel der maximale magnetostriktive Dehnung von TB0. 6dy0. 4 bei 77.000 Temperatur beträgt 0,65 %, während Terfenol - D bei Raumtemperatur ist. Der höchste magnetostriktive Stamm beträgt 0,25 %. Entwickelte einen TB0. 6dy0. 4 materiell magnetostriktivhydroakustischer Wandler mit einem Temperaturbereich von 50 bis 60 km: Das seltene Erdungsstab ist in der Klimaanlage gelegt, und der Kühlturm des Kühlschrank bereitgestellt durch eine supraleitende Materialspule. Das Bias -Magnetfeld und das Anregungsmagnetfeld erregen den magnetostriktiven Stab, um eine Dehnungschwingung zu erzeugen, die an den Kolben -Typ -Typenoberfläche durch das mechanische Übergangsstück übertragen wird, und der Kolben -Typ -Typen -Typen -Typen drückt das Wassermedium, um Druckwellenstrahlung zu erzeugen . Eine Vakuumkammer ist in der Struktur ausgelegt, um die Wärmeleitung zu isolieren. Die Außenwand der Vakuumkammer ist ein kuppelförmiger Druckabdeckung, der einem Druck von 10 Atmosphären standhalten kann. Die wichtigsten technischen Parameter sind wie folgt: Resonanzfrequenz 430 Hz, maximale Schallquellenpegel 181. 4 dB, die Effizienz beträgt etwa 25 %. Der Herstellungsprozess dieser Art von Wandler ist kompliziert. In den letzten Jahren sind die Menschen immer noch bereit, Terfenol -D -Material zu verwenden, das bei Raumtemperatur arbeitet, eine magnetostriktive Belastung aufgeben und es durch eine neue Struktur ersetzen, um eine hervorragende Strahlungsleistung zu erzielen. Das Folgende ist eine kurze Einführung in den Forschungsfortschritt mehrerer struktureller magnetostriktiver Materialien in akustischen Unterwasserwandlern. Der Longitudinal -Wandler hat eine einfache Struktur. Die magnetostriktive Stange wird mit dem vorderen Strahlungskopf und der Schwanzmasse kombiniert, um ein ähnliches - dimensionales Schwingungssystem zu bilden. Der vordere Strahlungskopf besteht in der Regel aus leichten Materialien, und die Schwanzmasse besteht in der Regel aus dichten Materialien, um eine strahlende Oberfläche zu erreichen. Ausgabe größerer Schwingungsverschiebung. Es werden zwei mit Terfenol -D -Materialien entwickelte Längshandler eingeführt. Einer ist ein allgemeiner Längsschnittständer mit einer Resonanzfrequenz von 1200 Hz, einer Schallkraft von 3 kW und einem Wandlergewicht von 60 kg; Das andere ist die Seltene Erdungsstange an beiden Enden.

Relaxation ferroelektrisches Material Unterwasserschichtwandler

Relaxor ferroelektrische Materialien sind eine Art potenzielle funktionelle Materialien, die in elektrostriktive Keramiktypen und relaxorferroelektrische Einzelkristalltypen unterteilt werden können. Der Herstellungsprozess von Relaxor ferroelektrischen Einzelkristallen ist viel komplizierter als der von elektrostriktiven Keramikmaterialien. Forscher haben diese Materialien verwendet, um viele Arten von Wandlern herzustellen, wie z. Die Wandlerherstellungstechnologie dieser Art von Material ist komplizierter, und es ist erforderlich, ein DC -Vorspannungsfeld hinzuzufügen, Vorspannungen anzuwenden und die Temperatur des Prozesses zu steuern. Die Verwendung von elektrostriktiven Keramik-Titanat-Barium-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Keramik von PMN-PT-BT (Bleimagniesium-Niobat-Lead-Titanation-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat-Titanat hat den iV-Typen-Fahlesional-Wandler entwickelt. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass der entwickelte Wandler das Potential des Materials nicht maximiert hat. Diese Arbeit wird immer noch einer der Hotspots sein, die für einen bestimmten Zeitraum auf dem Gebiet der akustischen Wandler unter Wasser untersucht werden müssen. Unter Verwendung von PMN-PT-Relaxor ferroelektrischem Einkristallmaterial untersucht 64 Kanäle von 3,5 MHz-Ultraschallsonden, die in medizinischen B-Ultrasound- und Doppler-Farb-Ultraschallbildgebungsgeräten verwendet werden, was darauf hindeutet, dass ferroelektrisches Relaxor mit einem kristallkristanliegenden Material in Hochfrequenzbildsonar.

Piezoelektrik -Polymerfilm von sphärische UnterwasserschallwandlerinKann zu einer flexiblen Membran verarbeitet werden, und der Wandler kann bei der Herstellung des Wandlers in eine beliebige Form entwickelt werden, und die akustische Impedanz des Materials ist gering. Matching, die häufig zur Herstellung von Standardhydrophonen von Hochfrequenz, Hochfrequenzwandlern, medizinischen Ultraschallwandern, konformen Arrays und diversifiziertem Verbundwandler-Arrays verwendet werden, ist das häufig verwendete piezoelektrische Polymer zum Herstellen von Wandlern hauptsächlich Polyvinylidenfluorid (PVDF). Derzeit ist der auffälligere piezoelektrische Polymermaterialfilm-Emfi (Abkürzung von Electro Mechanicalfil) eine Art Polypropylenschaumflexibilfilm, seine piezoelektrische Konstante etwa das 10-fache der PVDF, die zur Herstellung hochempfindlicher Transdumer verwendet werden können . Die Struktur des EMFI -Dünnfilmwandlers hat einen Empfangsoberflächendurchmesser von 35 mm und die Empfindlichkeit des Wandlers ist größer als -190 dB (Referenzwert beträgt 1 V/μPA). Diese Art von Wandler kann auch in der Luft verwendet werden, um Schallwellen zu empfangen oder zu emittieren.

Einführung der neuen Struktur des akustischen Unterwassers und verschiedenen Transduktionsmechanismen. Funktionsmaterialien sind im Wandler wichtig, müssen jedoch von einer geeigneten Struktur gespielt werden. Daher scheint das strukturelle Design des Wandlers für die Entwicklung der Wandlertechnologie besonders wichtig zu sein. wichtig. Gemäß verschiedenen Anwendungsfeldern und verschiedenen technischen Anforderungen oder gemäß den Merkmalen verschiedener Transduktionsmechanismen und funktionaler Material einige besondere technische Anforderungen erfüllen. Der hochtemperature supraleitende magnetostriktive hydroakustische Wandler ist ein typisches Beispiel. In dem vorstehenden Inhalt dieses Artikels und der späteren Arten von Wandlern sind viele auch neue Strukturen und neue Mechanismen von Unterwasser akustischen Wandlern. Um nicht zu wiederholen, zitieren dieser Abschnitt nur zwei weitere Entwurfsbeispiele für neue Strukturen.

Der Wandler des Papierschiffs (Cymbal) ist eine Art neuer Strukturwandler, der dem flüchtigen Wandler ähnelt. Jeder Wandler vom Typ Zymbal besteht aus einem Paar PZT -Piezoelektrik -Keramikscheibe und einer der Metallkappen wird miteinander verbunden. Die PZT-Piezoelektrik-Keramikscheibe wendet eine abwechselnde Spannung an, um eine radiale Schwingung zu erzeugen, um die Metallkappe für die Biegeschwingung zu erzeugen, und die erhöhte Metallkappe des Wandlers erzeugt eine alternierende Vibration der \"expansionsrinktierenden\". Strahlungsschallwellen. Wenn die gleiche wechselnde Druckwelle auf die Metallkappe wirkt, wird der Druck auf die PZT -Piezoelektrik -Keramikscheibe übertragen, und die Wechselspannung wird an den beiden Polen der Keramikscheibe ausgegeben, die als Empfangswandler verwendet wird. Die Resonanzfrequenz des Wandlers des Zybal-Typs in Wasser beträgt 16,1 kHz und die Emissionsspannungsantwort 130 dB (Referenzwert beträgt 1 & mgr; PA/V bei 1M). Abbildung 5 zeigt auch das Foto der 9-Elemente-Matrix, die aus dieser Art von Wandler besteht. . Im Spulenfedertyp Niedrigfrequenzpiezoelektrischer Wandler wird die piezoelektrische Keramik in eine Spulenfederform verarbeitet (wie in Abbildung 6 gezeigt), diepiezoelektrischer Keramikwandlerwird in tangentiale Richtung polarisiert und dann ein Anregungselektrodenpaar konstruiert. Der neutrale Abschnitt ohne Elektroden in der Mitte wird getrennt, um ein Außenringelektrodenpaar 1 und ein inneres Ringelektrodenpaar 2 zu bilden (siehe das vergrößerte schematische Diagramm eines kleinen Fragments in Fig. 6). Auf diese Weise wird die Anregungsspannung V auf das Elektrodenpaar angelegt, der Teil des piezoelektrischen Keramiks, der vom Außenringelektrodenpaar gesteuert wird, und das innere Ringelektrodenpaar erzeugt entgegengesetzte Vibrationen (Ausdehnung oder Kontraktion) sowie die Expansions- und Kontraktionsbewegung des Federsystems antreibt die Kolbenarbeitsfläche, um Schallenergie zu vibrieren. Aufgrund der geringen Steifheit dieser Struktur weist sie eine niedrige Resonanzfrequenz auf und kann als toufquerquenzübergreifender Wandler verwendet werden. Wenn es als Empfänger verwendet wird, weist es auch eine hohe Empfindlichkeit in Niederfrequenzbändern auf. Ausgehend von der piezoelektrischen Gleichung wurde eine elektromechanische Umwandlungsbeziehung dieser Art von Wandler erhalten, und einige explorative Forschungsarbeiten wurden durchgeführt.

Einführung in verschiedene Energieumwandlungsmechanismen in Unterwasser akustischen Wandlern aus der Perspektive der Energieumwandlung können Wandler hauptsächlich in piezoelektrische Wandler unterteilt werden, die piezoelektrische Effekte verwenden, um die Energieumwandlung und Magnetik zu erreichen, die Magnetostriktiveffekt verwenden, um die Energieverkehrung zu erreichen. Versenkbare Wandler, die am vorstehenden Inhalt beteiligten Wandler gehören zu diesen beiden Typen.


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