Technologische Innovation bei der Entwicklung von akustischen Unterwasserwandlern (1)

Technologische Innovation bei der Entwicklung von akustischen Unterwasserwandlern

70,8% der Erdfläche sind der Ozean. Der riesige Ozean ist das größte Schatzhause der Ressourcen auf der Erde, und der Ozean ist auch eine wichtige Position für internationale militärische Kämpfe. Die Forschung, Entwicklung und Nutzung des Ozeans sind untrennbar mit Schallwellen verbunden. Klangwellen sind der einzige Informationsanbieter, der lange Strecken im Ozean zurücklegen kann. Die Erforschung und Entwicklung von Meeresressourcen,Unterwasserkommunikationswandlerund Navigation von Schiffen, Erkennung und Erkennung von Unterwasserzielen, Umweltüberwachung und natürlicherdDie Isaster -Prognose und damit verlassen sich alle auf die Unterwasser akustische Technologie, um sie zu erreichen. Die Entwicklung der Unterwasserakustik -Technologie erfordert die Unterstützung aller Arten von Unterwasserschallwandern. Die Mission der akustischen Unterwasserwandler besteht darin, unter Wasser Schallwellen zu übertragen und zu empfangen, so dass sie als \"Augen und Ohren der Unterwasser akustischen Geräte\" bezeichnet wird, die als unter Wasser akustische Wandler bezeichnet werden können. Die Geburt von \"H \" markiert den Beginn der Entwicklung der hydroakustischen Technologie. Der technische Fortschritt von Hydroakustikern ist eine wichtige Voraussetzung und Grundlage für die schnelle Entwicklung der Hydroakustikentechnologie (1)

DasUnterwasser akustischer Wandlerist kein einfaches isoliertes Thema, sondern ein multidisziplinäres technisches Gebiet. Zu den eng verwandten Probanden gehören hauptsächlich: Physik, Materialwissenschaft, Mathematik, Mechanik, Elektronik, Chemie, mechanische Wissenschaft usw., also unter Wasserakustik, obwohl der Wandler nur eine Geschichte von mehr als hundert Jahren Entwicklung hat, ist er jetzt zu einer lebendiges Subjektfeld. Der dringende Bedarf aus dem Gebiet der Hydroakustik -Technologie ist die direkte treibende Kraft für die Entwicklung von Hydroakustikern, und die Entwicklung von funktionellen Materialien und technologischen Fortschritten ist die wichtigste materielle Grundlage für die Entwicklung von Hydroakustikern. Während der gesamten Entwicklungshistorie von Hydroakustikern, um die ständig steigenden technischen Anforderungen auf dem Gebiet der Hydroakustik im größten Teil zu erfüllen, werden die entsprechenden Funktionsmaterialien ständig aktualisiert. Menschen haben spezielle Anwendungsforschung zu den Merkmalen verschiedener funktionaler Materialien durchgeführt und gestaltetnEs wurden EW -Technologien und neue Strukturen vorgeschlagen, die die umfassende technische Leistung des Wandlers verbessert und verbessert haben, was einen endlosen Strom innovativer Forschungsergebnisse zum Wandler ermöglicht hat. Der Autor wählt einige typische Forschungsbeispiele für Startwandler aus, analysiert und fasst die innovativen Ideen dieser Forschungsarbeiten aus verschiedenen Blickwinkeln zusammen und hofft, jungen Wissenschaftlern bestimmte Anleitung und Aufklärung zu bieten und die tiefgreifenden Aspekte der klassischen Forschungsarbeiten aktiv zu untersuchen.

1. Technische Innovation des akustischen Unterwasserschilders basierend auf funktionellen Materialien

1915 verwendeten Paul Langevin aus Frankreich und andere einen Kondensatorsender und einen Kohlenstoffpartikelempfänger, um Unterwasser akustische Experimente durchzuführen. Diese beiden Übertragungs- und Empfangsgeräte sollten primitive Unterwasser akustische Wandler sein. 1917～1918 Langevin Zhiwan entwarf und verbesserte den Quarzwandler. Sein Vibrator besteht aus mehreren piezoelektrischen Quarzplatten, die zwischen zwei dicken Stahlplatten eingeklemmt sind. Diese Struktur wird als Langzhiwan -Wandler bezeichnet. Da natürlicher Quarz den ständig steigenden Nachfrage nicht erfüllen kann, wurde festgestellt, dass das wasserlösliche synthetische piezoelektrische Rochelle-Salz einen stärkeren piezoelektrischen Effekt hat als Quarz, aber sein Stabilitätsproblem begrenzt den Anwendungsbereich und die Piezoelektivität ist leicht inferior. Ammoniumdihydrogenphosphat (ADP) Kristalle aufgrund ihrer relativ stabilen Eigenschaften wurden im Zweiten Weltkrieg häufig verwendet. 1920 wurde der magnetostriktive Effekt in akustischen Unterwasserschändern angewendet; Im Jahr 1925 wurden Nickel -Magnetostriktivschänder entworfen und angewendet. 1931 führte die eingehende Untersuchung dünner Nickelblätter zur raschen Entwicklung magnetostriktiver Wandler. Und allmählich ersetzt piezoelektrische Kristallwandler; 1944 wurde festgestellt, dass die Barium -Titanat -Keramik nach der Polarisation eine starke Piezoelektrizität aufweist und sein Verlust viel kleiner ist als die von magnetostriktiven Materialien. Später hat Barium -Titanat -Piezoelektrik -Keramikwandler sich schnell entwickelt; Die 1954 entdeckte polarisierte Bleizirkonat -Keramik (PZT) hat eine stärkere Piezoelektrizität. Bis heute sind die PZT -Piezoelektrik -Keramik immer noch die wichtigsten funktionellen Materialien von Unterwasser akustischen Wandlern.

In den 1970er Jahren entwickelte Dr. Clark AE in den Vereinigten Staaten den seltenen Erdgiganten magnetostriktiven ternären Legierung Terfenol-D. Seit den neunziger Jahren wurden nach den ferroelektrischen Einzelkristallmaterialien PZN -PT und PMN mit hochspannenden elektrischen Eigenschaften und hoher Energiedichte nacheinander entdeckt, und in der Anwendungsforschung dieser drei Materialien wurden neue Durchbrüche erzielt. Dieser Abschnitt konzentriert sich auf die Forschungsergebnisse dieser neuen funktionellen Materialwandler.

⒈ Eine neue Generation von magnetostriktiven Materialien und deren Wandlern

Die neue Generation von magnetostriktiven Materialien umfasst Materialien mit Seltenen Erdlegierungen und seltenen Metalllegierungsmaterialien. Die riesige magnetostriktive Wirkung von Materialien mit Seltenerdlegierung wurde zuerst unter niedrigen Temperaturbedingungen entdeckt. Der höchste magnetostriktive Dehnung des TB0.6DY0.4-Materials bei 77.000 beträgt 0,65%und der höchste magnetostriktive Derfenol-D bei Raumtemperatur 0,25%. Es gibt Dokumente, die zeigen, dass ein magnetostriktiver Dual-Kolben-Längswandler entwickelt wurde, der von einer supraleitenden Spule angetrieben wurde. Die seltene Erde (Terbium-Dyprosium) -Legellegierungsstange wird in einen Klimaanlagen (Temperatur 50-60 K) gelegt, und der Kühlturm wird zirkuliert und vom Kühlturm des Kühlschranks abgekühlt. Im Raum liefert eine supraleitende Materialspule ein DC-Verzerrungsmagnetfeld und ein Anregungsmagnetfeld, um den magnetostriktiven Stab zu erregen, um eine Dehnungsvibration zu erzeugen und an die Strahlungsfläche vom Kolben durch das mechanische Übergangsstück zu übertragen. Die Strahlungsfläche vom Kolben-Typ drückt das Wassermedium, um Druckwellen zur Strahlung zu erzeugen. Eine Vakuumkammer ist in der Struktur ausgelegt, um die Wärmeleitung zu isolieren. Die Außenwand der Vakuumkammer ist eine domtenförmige, druckresistente Abdeckung, die einem Druck von 10 Atmosphären standhalten kann. Die wichtigsten technischen Parameter sind wie folgt: Die Resonanzfrequenz beträgt 430 Hz, die maximale Schallquellenpegel beträgt 181,4 dB und die Effizienz bei etwa 25%. DiesUnterwasserhydrophonwandlerKompliziert den Herstellungsprozess, um Arbeitsbedingungen mit niedriger Temperatur zu erhalten. In den letzten Jahren sind die Menschen bereit, das Terfenol-D-Material zu verwenden, das bei Raumtemperatur arbeitet, um den Herstellungsprozess zu vereinfachen und gleichzeitig eine hervorragende Strahlungsleistung mit einer neuen Struktur zu erzielen.

Es ist der von Butler aus dem Jahr 1980 vervollständige achteckige achteckige Transducer mit Terfenol-D angetrieben Der geschlossene Magnetkreis ist der Übergangsblock mit der strahlenden Oberfläche eines Teils des Zylinders (nahe dem 45 °-zentralen Winkel) verbunden, und der Seltenerdstab wird durch hochfeste Spannungsdrähte zwischen den Übergangsblöcken vorgedrückt. Die innere Vorspannung des Seltenerdstabes beträgt ungefähr 13,8 MPa, und die Resonanzfrequenz des Wandlers in Wasser bei 775 Hz, das nichtlineare Fahren unter dem Zustand der Gleichstrombias-Magnetfelder und der unvoreingenommene Feldzustand und der Schallquellenpegel 189,8 dB unter dem DC-Bias-Magnetfeldzustand und 196,2 dB unter dem nicht voreingenommenen nichtlinearen Antriebszustand wurden jeweils realisiert.