Neue Entwicklungen Piezo -Keramik, die in den Unterwasser -Sonar -Wandlern verwendet werden

Der Wandler ist ein wichtiger Teil des Sonars. Aus der Perspektive der Geschichte der Hydroakustik ist jeder Schritt der Entwicklung der Unterwasserakustik mit der Entwicklung der Transducer -Technologie untrennbar miteinander verbunden. Da hydroakustische Wandler eine Schlüsselrolle in der Unterwasserschachtelung spielen, haben viele Industrieländer enorm in die Forschung investiert. Aus der Geschichte der Entwicklung von akustischen Unterwasserausrüstungen vom Beginn des Ersten Weltkriegs, dem Langevin -Typ -Wandler, bestehend aus dem Typ Langevinpiezoelektrische Keramikkristalleund Metallmassen wurden verwendet. Nach vielen Produktaustausch wurden die Wandler verwendet. Die Leistung wurde stark verbessert. In den letzten zwei oder drei Jahrzehnten aufgrund der militärischen Nachfrage, der schnellen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie, der kontinuierlichen Entwicklung und Anwendung neuer Wandlermaterialien und der Anwendung der endlichen Piezo -Elementanalyse in der Wandlerdesign, der Wandlerforschung. Basierend auf den klassischen Theorie und analytischen Methoden sind viele neue Konzepte und Methoden entstanden. Der akustische Unterwasserwandler steht vor einer neuen Runde des Produktersatzes. Riesenmagnetostriktiver Verdünnungswandler, Hochleistungs -Elektrostriktions -Piezo -Keramik -Wandler, Vektorhydrophon, piezoelektrischer Verbundwandler, niedrige Frequenz große Flächen -PVDF -Hydrophon, Glasfaserhydrophon usw. Es stellt die neuesten Entwicklungen in der Transduderforschung dar. Aus diesem Aspekt freut sich dieser Artikel auf die neuesten Entwicklungen von Unterwasser -Sonar -Wandlern.

riesiger magnetostriktiver Wandler

In den 1970er Jahren entdeckte AE Clark, dass Seltene Erdenlegierungen über Super magnetostriktive Eigenschaften haben. Diese durch magnetostriktiven Effekte verursachten maximalen Stämme sind 6- bis 20 -mal größer als die vonPiezoelektrikumsröhrlerIn Unterwasser akustischen Wandlern verwendet, und die Energiedichte beträgt etwa 10 bis 20 Mal, und die Schallgeschwindigkeit beträgt nur 2/3 bis 3/4 der piezoelektrischen Keramik und den Leistungsvergleich zwischen dem Seltenerdmaterial Terfenol2d und dem herkömmlichen piezoelektrischen Material PZT-8 und Nickel werden gegeben. Daher weist der terfenol2d -Hydroakustikumwandel unter den gleichen Volumenbedingungen eine Resonanzfrequenz auf, die 2/3 bis 3/4 niedriger ist als die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Keramik -Hydroakustikers. Da der Wandler aus dem magnetostriktiven Material Terfenol2D aus seltenen Erdgiganten die Eigenschaften der großen Übertragungsleistung, des geringen Volumens, des leichten Gewichts und der Umgebung mit hoher Temperatur aufweist, wird er bei der Entwicklung von niedriger Frequenz-Sehr niedriger, niedriger Stromausstattung unter Wasser akustischer Wandler erhalten. Angemessene Aufmerksamkeit und Anwendung. In den 1980er Jahren haben die Industrieländer verschiedene Seltenerdwandler entwickelt und auf das Militärfeld angewendet. Schweden hat erfolgreich gekrümmte Seltene erdwandler mit einer Schallkraft von 151 kW für Mines -Tweeping entwickelt. China begann in den neunziger Jahren mit der Forschung, hat sich aber schnell Fortschritte gemacht. Sie haben erfolgreich Seltene erdbiegerliche Wandler, eingelegte Wandler und Längsschnitt -Verbundstab -Seltenerdwandler usw. entwickelt. (2) Da Seltenerdmaterialien nicht nur ein magnetisches leitendes Material sind, sondern auch ein leitendes Material, wenn sich das äußere Magnetfeld ändert, werden die Seltenen erdwandler. Im Vergleich zu piezoelektrischen Keramikwandlern müssen riesige magnetostriktive Wandler Probleme wie magnetische Vorspannung, Vorspannung, Wirbelstromverlust und Tiefwasserkompensation lösen. Gegenwärtig gibt es einige Lösungen für diese Mängel. Zum Zweck der Lösung des Problems von spröden Material und großem Wirbelstromverlust wird das riesige magnetostriktive GMPC, das terfenol 2D pulverisiert, die Bindungsmaterialien gemischt und durch Pulvermetallurgie gepresst und gebildet. Für das Design von riesigen magnetostriktiven Wandlern ist es eine vorteilhafte Lösung, um seine große Verformung und hohe Energiedichte als Anregungsquelle des Biegerwandlers voll auszunutzen. Es kann verwendet werden, um eine Vielzahl von niedrigen Frequenz-, Kleinvolumen- und Hochleistungsumwandlungen zu erstellen. Die korrekte Auswahl der magnetischen Vorspannung, der Stress- und Anwendungstechniken von magnetostriktiven Materialien von Seltener erdriesenriesen hat einen großen Einfluss auf die Leistung des Wandlers. Im Allgemeinen wird die magnetische Vorspannung mit 1/3 des magnetostriktiven Sättigungswerts ausgewählt, und die Vorstress wird von 7 MPa bis 10 MPa ausgewählt, um eine große Ausgangsleistung zu erhalten.

Glasfaserhydrophon

Die Glasfaserhydrophon -Technologie begann Ende der 1970er Jahre im US Naval Laboratory. Das Glasfaserhydrophon hat die Vorteile einer hohen Empfindlichkeit, stark antielektromagnetischer Interferenzfähigkeit, großer Dynamikbereich, kleiner Größe und geringem GewichtPZT4 Piezoelektrische Hemisphäre. Daher wurde die Technologie sehr geschätzt, sobald sie geboren wurde, und sie wurde als eine der Schlüsseltechnologien der nationalen Verteidigung angesehen. Nach mehr als 20 Jahren Entwicklung hat die faseroptische Hydrophontechnologie in Industrieländern große Fortschritte erzielt, und verschiedene faseroptische Hydrophone wurden eingeführt. Sie haben das All-Faser-Hydrophon-U-Boot-Schallüberwachungssystem, das Schleppleitungsarray, das U-Boot-Konforme-Array usw. abgeschlossen. Insbesondere die erfolgreiche Entwicklung von Festkörperlasern hat eine große Welt der Anwendungen für optische Fasern eröffnet. Die faseroptische Hydrophon-Technologie hat ebenfalls einen guten Start. Die Leistung des Einheitsprototyps war in der Nähe oder erreichte die internationale Ebene, und die Faser-optische Hydrophonarray-Technologieforschung wurde durchgeführt. Die Penetration der Sonarforschung in die Lasertechnologie wird zweifellos eine neue Seite in der Sonarforschung eröffnen. Alle Arten von Glasfaserhydrophonen sind nach dem Effekt der Schallwelle ausgelegt, um die Phasenmodulation oder Intensitätsmodulation des Faserlichts zu gestalten. Die Faser ist in Multimode -Faser- und Einzelmodus -Faser unterteilt. Das Glasfaserhydrophon besteht hauptsächlich aus Einzelmodusfasern. Interferometer -Typ- und Lichtintensitätsmodulationstyp. Unter der Wirkung des Schalldrucks wird Spannung im Kern der optischen Faser erzeugt, um Änderungen des Brechungsindex und der Länge zu verursachen. Diese beiden Veränderungen verursachen Phasenmodulation der Laserverbreitung in der optischen Faser. Das Glasfaserhydrophon vom Interferometermesser soll die Faser verwenden, die vom Schallfeld als empfindliche Faser beeinflusst wird, und das andere wird vom Schallfeld getrennt. Die Faser mit einer festen Phasendifferenz wird als Referenzfaser verwendet, die auf den Armen des Interferometers platziert ist, und der photoelektrische Wandler. Nach der Synthese wird auf der Oberfläche des empfangenen Photomultiplierers Interferenz gebildet, und akustische Informationen werden festgestellt. Da die Wellenlänge des Lichts sehr klein ist, ist die leichte Dehnung des durch den Schalldrucks verursachten Signals in Bezug auf die Wellenlänge des Lichts keine kleine Änderung Das Hydrophon für Faserinterferenztyp ist besonders hoch. Die technische Leistung des Faserhydrophons des Faserinterferometers lautet wie folgt: Empfangsspannungsempfindlichkeit: - 140 dB (0 dB = 1V / μPA) Phasenempfindlichkeit: 2. 56 × 10 - 8 rad / μPA. (Wellen Sie ≤ 3 dB) Richtungsalität: Omnidirektional (Wellenanlage ≤ 2. 5 dB) Bei allen Hydrophonen Typ Intensität ist das Hydrophon vom Gittertyp ein neuer, bewährter und wirksamer Unterwasser akustischer Detektor.

Die Ausgabe wird als direkte Intensitätsmodulation des einfallenden Schallfeldes ausgedrückt. Sein Hauptarbeitsprinzip besteht darin, die relative Vertreibung der beiden Gitter zwischen der ständigen Lichtquelle und dem Lichtempfänger unter der Wirkung des Schallfeldes zu verursachen, und die Empfangsintensität ist eine Funktion der relativen Vertreibung der beiden Gitter, so dass die Schallfeld kann transformiert werden. Für Intensitätsmodulation. Das Gitterhydrophon selbst besteht im Wesentlichen aus zwei axial ausgerichteten optischen Wellenleitern (oder Fasern) mit einer kleinen Lücke und den Öffnungen in der Lücke, die die Durchlässigkeit steuern, liefert die erforderliche Intensitätsmodulation. Das Hydrophon bietet alle Vorteile einer direkten Intensitätsmodulationsvorrichtung und ist kostengünstig. Die Gittermethode kann eine relativ hohe Empfindlichkeit erreichen, und das Gerät ist einfach hergestellt, ohne fortschrittliche optische Technologie, und verfügt Aufgrund der flexiblen Auswahl der Gitterdichte, der Offset, der optischen Leistung und der Hydrophonstruktur besteht die Konstruktion von Empfindlichkeit, Dynamikbereich, Größe und Betriebsfrequenzbereich mehr Flexibilität. Bei Glasfaserhydrophonen ist Schussrauschen durch Stromschwankungen auf der Fotodiode die Hauptrauschquelle und wird häufig als theoretische Rauschgrenze bezeichnet. Darüber hinaus wirken sich die Strahlausrichtung, die Referenzstrahlisolierung und die Quellenvibrationsisolierung direkt auf die Leistung aus. Der größte Nachteil von Glasfaserhydrophonen ist der große Temperatureffekt.