Inovação tecnológica no desenvolvimento de transdutores acústicos subaquáticos (1)

Inovação tecnológica no desenvolvimento de transdutores acústicos subaquáticos

70,8% da área da superfície da Terra é o oceano. O vasto oceano é o maior tesouro de recursos da Terra, e o oceano também é uma posição importante para as lutas militares internacionais. A pesquisa, o desenvolvimento e a utilização do oceano são inseparáveis ​​de ondas sonoras. As ondas sonoras são a única transportadora de informações que podem viajar longas distâncias no oceano. A exploração e o desenvolvimento de recursos marinhos,Transdutor de comunicação subaquáticae navegação de navios, detecção alvo subaquática e reconhecimento, monitoramento ambiental edA previsão da isaster e assim por diante contam com a tecnologia acústica subaquática para alcançar. O desenvolvimento da tecnologia acústica subaquática requer o apoio de todos os tipos de transdutores acústicos subaquáticos. A missão de transdutores acústicos subaquáticos é transmitir e receber ondas sonoras debaixo d'água, por isso é chamado \"olhos e ouvidos de equipamentos acústicos subaquáticos \", que pode ser dito ser transdutores acústicos subaquáticos. O nascimento de \"h \" marca o início do desenvolvimento da tecnologia hidroacústica. O progresso técnico dos transdutores hidroacústicos é um importante pré-requisito e fundamento para o rápido desenvolvimento da tecnologia hidroacústica (1)

otransdutor acústico subaquáticonão é um assunto isolado simples, mas um campo técnico multidisciplinar. Os assuntos estreitamente relacionados incluem principalmente: física, ciência de materiais, matemática, mecânica, eletrônica, química, ciência mecânica, etc., então acústica subaquática, embora o transdutor tenha apenas uma história de mais de cem anos de desenvolvimento, agora se tornou um campo de sujeito vibrante. A necessidade urgente do campo da tecnologia hidroacústica é a força motriz direta para o desenvolvimento de transdutores hidroacústicos, e o desenvolvimento de materiais funcionais e progresso tecnológico são a base material mais importante para o desenvolvimento de transdutores hidroacústicos. Ao longo do histórico de desenvolvimento de transdutores hidroacústicos, a fim de atender aos requisitos técnicos cada vez maiores no campo de hidroacústica em maior extensão, os materiais funcionais correspondentes estão sendo constantemente atualizados. As pessoas realizaram pesquisas especiais de aplicativos em torno das características de vários materiais funcionais e projetadosnA EW tecnologias e novas estruturas foram propostas, que melhoraram e aumentaram o desempenho técnico abrangente do transdutor, que permitiu um fluxo interminável de resultados inovadores de pesquisa no transdutor. O autor seleciona alguns exemplos de pesquisa típicos de transdutores de lançamento, análises e resume as ideias inovadoras desses trabalhos de pesquisa de vários ângulos diferentes, e espera fornecer estudiosos jovens com certas orientações e iluminamentos, e explorar ativamente os profundos aspectos do trabalho de pesquisa clássico.

1. Inovação técnica do transdutor acústico subaquático com base em materiais funcionais

Em 1915, Paul Langevin da França e outros usaram um transmissor capacitor e um receptor de partículas de carbono para realizar experimentos acústicos subaquáticos. Esses dois dispositivos de transmissão e recebimento devem ser transdutores acústicos subaquáticos primitivos; 1917.～1918 Langevin Zhiwan projetou e melhorou o transdutor de quartzo. Seu vibrador é composto por várias placas de quartzo piezoelétricas imprensadas entre duas placas de aço espessas. Esta estrutura é chamada de transdutor Langzhiwan. Como a quartzo natural não pode atender a demanda cada vez maior, descobriu-se que o sal de cristal piezoelétrico sintético solúvel em água tem um efeito piezoelétrico mais forte do que o quartzo, mas seu problema de estabilidade limita o escopo da aplicação, e a piezoeletricidade é ligeiramente inferior. Os cristais de fosfato de di-hidrogênio de amônio (ADP), devido às suas propriedades relativamente estáveis, foram amplamente utilizados na Segunda Guerra Mundial. Em 1920, o efeito magnetostrictivo foi aplicado em transdutores acústicos subaquáticos; Em 1925, os transdutores magnetostrictivos de níquel foram projetados e aplicados; Em 1931, o estudo aprofundado de folhas de níquel finas levou ao rápido desenvolvimento de transdutores magnetostrictivos. E gradualmente substituídos transdutores de cristal piezoelétricos; Em 1944, descobriu-se que a cerâmica de titanato de bário têm forte piezeletricidade após a polarização, e sua perda é muito menor do que a de materiais magnetostrictivos. Mais tarde, os transdutores de cerâmica de piezoelétrico de titanato de bário desenvolveu-se rapidamente; O chumbo polarizado Zirconate Titanate Cerâmica (PZT) descoberto em 1954 tem piezeletricidade mais forte. Até hoje, as cerâmicas Pzt Piezoeletric ainda são os principais materiais funcionais dos transdutores acústicos subaquáticos.

Na década de 1970, o Dr. Clark Ae nos Estados Unidos desenvolveu a liga terfenol-d. Desde a década de 1990, os materiais de cristal único ferroeléctrico de relaxamento PZN-PT e PMN com propriedades elétricas de alta tensão e alta densidade de energia --pt foi descoberto um após o outro, e novos avanços foram feitos na pesquisa de aplicativos desses três materiais. Esta seção se concentrará nos resultados da pesquisa desses novos transdutores de materiais funcionais.

⒈A nova geração de materiais magnetostrictivos e seus transdutores

A nova geração de materiais magnetostrictivos inclui materiais de liga de terra rara e materiais de liga de metal raro. O efeito magnetostrictivo gigante dos materiais de liga de terra raro foi descoberto pela primeira vez sob condições de baixa temperatura. A maior estirpe magnetostrictive do material TB0.6DY0.4 a 77k é de 0,65%, e a maior tensão magnetostrictiva de terfenol-d à temperatura ambiente é de 0,25%. Há documentos que mostram que um transdutor longitudinal de dual-pistão magnétictivo foi desenvolvido por uma bobina supercondutora. A liga rara-terra (Terbium-Dysprosium) Liga magnétictive Rod é colocada em uma sala de ar condicionado (temperatura de 50-60k), e a torre de resfriamento é circulada e resfriada pela torre de refrigeração da geladeira. Na sala, uma bobina de material supercondutor fornece um campo magnético de polarização DC e um campo magnético de excitação para excitar a haste magnetostrictiva para gerar vibração de alongamento e transmiti-la para a superfície de radiação do tipo de pistão através da peça de transição mecânica. A superfície de radiação do tipo de pistão empurra o meio de água para gerar ondas de pressão para radiação. Uma câmara de vácuo é projetada na estrutura para isolar a condução de calor. A parede externa da câmara de vácuo é uma tampa resistente à pressão em forma de cúpula, que pode suportar uma pressão de 10 atmosferas. Os principais parâmetros técnicos são os seguintes: A frequência de ressonância é de 430Hz, o nível máximo de fonte de som é de 181,4DB e a eficiência é de cerca de 25%. Essetransdutor de hidrofone subaquáticocomplica o processo de fabricação para obter condições de trabalho de baixa temperatura. Nos últimos anos, as pessoas estão dispostas a usar o material terfenol-d que funciona à temperatura ambiente para simplificar o processo de fabricação, enquanto atinge um excelente desempenho de radiação com uma nova estrutura.

É o Terfenol-D conduzido octogonal transmissor transdutor completado por Butler igual a 1980. 16 hastes de terras raras são dispostas em duas camadas, e 8 hastes de terras raras em cada camada estão ligados em um octógono através de um bloco de transição em forma de cunha e uma forma circuito magnético fechado, o bloco de transição está ligado com a superfície de irradiação de uma parte do cilindro (perto do ângulo de 45 ° central), e a barra de terra raro é pré-tensionada por meio de fios de tensão de alta resistência entre os blocos de transição. O pré-esforço interno da haste de terras raras é de cerca de 13.8MPa, e a frequência de ressonância do transdutor em água a 775Hz, a condução não-linear com a condição de campo magnético de polarização DC e a condição de campo imparcial foram comparados, e o nível da fonte de som 189.8dB sob a condição de campo magnético de polarização DC e 196.2dB sob a condição de accionamento não enviesada não-linear foram realizados respectivamente.