Noções básicas de transdutor acústico subaquático

71% da superfície da terra é o oceano. O oceano contém recursos biológicos e minerais abundantes, que é o segundo espaço para a sobrevivência humana e desenvolvimento no futuro. O sonar é usado para um dispositivo de detecção subaquática, é um auxiliar importante para o desenvolvimento humano do oceano, e é uma parte indispensável da indústria naval e de navegação civil. A função do dispositivo de sonar é ouvir o sinal útil subaquático e convertê-lo em um sinal elétrico para visualização; ou para gerar um sinal elétrico e, em seguida, convertê-lo em um sinal acústico para se propagar no meio de água e, em seguida, refletir de volta e recebê-lo depois de encontrar o alvo. É convertido em um sinal elétrico para ouvir ou observação, determinando assim a orientação e distância do objeto de medição. No processo de conversão deste sinal eletroacústico subaquático, o equipamento chave é otransdutor acústico subaquáticoou a matriz do transdutor.

Aplicação detransdutor acústico subaquático

Atualmente,transdutor acústico subaquáticoS foram amplamente utilizados em muitos campos, como indústria, agricultura, defesa nacional, transporte e médico. Aqui estão apenas alguns dos pedidos de detecção subaquática:

(1) Aplicativo em Soning: Para garantir a segurança da navegação, o sonar soar deve ser instalado tanto para navios de guerra quanto para navios civis; As embarcações especiais de inspeção de canal são equipadas com alta precisão e profundidade completa. Dependendo da profundidade de sons, a frequência e o poder do transdutor de som também são muito diferentes. A frequência varia de 10 kHz a 200 kHz, e o poder varia de vários watts a dez quilowatts. Entre eles, alta frequência e baixa potência são usados ​​para rios interiores ou mares rasos, e baixa frequência e alta potência são usados ​​para profundidades oceânicas e profundas. Os requisitos para tais transdutores são estabilização do feixe e feixe principal afiada.

(2) aplicação detransdutores piezoelétricos subaquáticos.Ao posicionamento e variando: medindo a velocidade do navio até o solo, principalmente usando sonar Doppler, quatro transdutores com o mesmo desempenho para organizar a direção dos lados esquerdo e direito perpendiculares à quilha. A frequência geral de operação é entre 100kHz e 500kHz.

(3) Aplicações em pesquisas marinhas e exploração estratigráfica submarina: Pesquisas geológicas submarinas usam o sonar de baixa frequência de baixa frequência. Sonar rebocado é a maior variedade de matrizes acústicas na operadora ativa hoje com a maior distância. Na imagem subaquática, o sonar de alta frequência é usado. Duas matrizes lineares são organizadas simetricamente ao longo da quilha nos lados esquerdo e direito do navio. Cada um deles emite um feixe direcional em forma de fã para o fundo do mar, e então recebe ondas refletidas do fundo do mar. A intensidade da onda de reflexão desigual é diferente, e imagens com brilho diferente aparecem na imagem exibida. Como a freqüência de operação é um sinal acústico maior é atenuado mais rápido, e o intervalo da ação não é longe. A faixa de frequência do teste é agora várias dezenas de quilohertz para 500 mil. É classificação detransdutor acústico subaquáticos.

Transdutor ultrassônico subaquático Pode ser dividido em elétrico, eletromagnético, magnetostrictivo, eletrostático, piezoelétrico e eletrostricivo de acordo com diferentes princípios de conversão eletromecânica de energia. Por exemplo, a cerâmica piezoelétrica desenvolvida em meados do século é piezoelétrica após o tratamento de polarização DC de alta tensão. Portanto, é chamado de material eletrostrictivo e é o mainstream dos transdutores piezoelétricos de hoje, especialmente em transdutores ultrassônicos. O campo tem uma gama extremamente ampla de usos. otransdutor acústico subaquáticopode ser dividido nas seguintes categorias de acordo com diferentes modos de vibração:

(1) Transdutor de vibração longitudinal: Sua direção de vibração é paralela à direção longitudinal. A onda de estresse propaga-se no comprimento do transdutor, e sua frequência fundamental ressonante depende do comprimento e é o tipo mais utilizado em sistemas sonar.

(2) transdutor cilíndrico: um tubo cerâmico piezoelétrico (ou anel) é usado para montar o comprimento desejado através de uma estrutura mecânica adequada. Pode ser feito em um transdutor horizontal com não direcionalidade horizontal e controle vertical de diretividade. É um tipo de sistema de sonar que é o segundo apenas para o transdutor longitudinal. É também um hidrofone padrão comumente usado em metrologia hidroacústica. E uma das seleção de transmissores padrão.

(3) Transdutor de vibração de flexão: o transdutor de vibração de flexão tem as vantagens de pequeno tamanho e peso leve em baixas frequências (em comparação com os transdutores do mesmo material ativo na mesma freqüência), e a forma de vibração tem feixes curvos, curvados, curvados placas, etc.

(4) Transdutores de extensão de flexão: transdutores de extensão de flexão são geralmente transdutores compostos que combinam dois modos de vibração. Por exemplo, uma barra de vibração longitudinalmente esticada e um tipo diferente de revestimento curvo são combinados em uma pluralidade de tipos de transdutores de extensão curvados, e um componente ativo de vibração radial plana circular pode ser combinado com um revestimento curvo em forma de tigela para formar um tipo II Extensão de flexão.

(5) Transdutor esférico: O transdutor esférico feito pela vibração respiratória da casca esférica cerâmica piezoelétrica oca tem a vantagem da boa simetria espacial. É comumente usado como hidrofone de origem pontual.

(6) Transdutor de vibração de cisalhamento: a vibração de cisalhamento no qual a direção da vibração e a direção da polarização são paralelas e a direção do campo elétrico de condução é perpendicular à direção da vibração pode atender a certos requisitos de uso especial. Esta é a forma de um transdutor subaquático de 1mH, como um cálculo odontológico.

3. Parâmetros principais detransdutor acústico subaquático

Os principais indicadores de desempenho detransdutor acústico subaquáticoSão frequência de trabalho subaquática, faixa de freqüência operacional, largura de banda de freqüência, nível de fonte de som de emissão (poder acústico) e resposta de emissão, diretividade, recebendo sensibilidade e recebendo resposta de sensibilidade, eficiência de emissão, fator de qualidade, impedância, profundidade máxima de trabalho, tamanho e peso máximo.

1) frequência de trabalho

A frequência operacional ou a faixa de freqüência de operação de um transdutor hidroacústico é tipicamente determinada pela frequência operacional do dispositivo sonar. A impedância, diretividade, sensibilidade, transmissão de energia, tamanho, etc. O transdutor são todas as funções de frequência. Em geral, o transdutor de transmissão é calculado para seu índice de desempenho na faixa de freqüência limitada em torno da frequência ressonante ou perto da frequência ressonante, com eficiência máxima de emissão em e perto dessa freqüência. Para um transdutor de retenção de banda larga, a frequência ressonante do transdutor piezoelétrico deve ser muito maior do que o limite superior da banda de recebimento para garantir uma resposta de recebimento plana dentro da banda larga e para calcular sua resposta de recebimento na frequência ressonante e abaixo. Transdutores de sonar de freqüência variam em frequência de dezenas de Hz para vários quilohertz, enquanto pequenos transdutores de sonar de detecção de destino variam de dezenas de quilohertz a centenas de quilohertz.

(2) Diretividade

Se é um transdutor ou uma matriz transdutor, sua resposta de transmissão ou resposta de recebimento mudará em relação à sua direção. É aqui que o transdutor é direcional, e as ondas sonoras emitidas pelo transdutor de transmissão são as mesmas que as emitidas pelo holofote. Como o transdutor tem a diretividade, pode concentrar a energia sonora a uma certa posição para tornar a energia mais concentrada. Um grande número de transdutores é usado para formar uma matriz maior. A diretividade é mais nítida com a mesma frequência, a energia é mais concentrada, e a distância de transmissão é mais distante. A relação sinal-ruído é maior e a distância é mais longa no estado de recebimento. É características de impedância (ou admissão).

O transdutor pode ser visto como um circuito equivalente paralelo da série simples perto da frequência ressonante. Cada resistor, capacitor ou indutor no circuito representa as características inerentes do transdutor, que é a característica da impedância do transdutor (ou admissão). As características da impedância do transdutor são dominadas para corresponder ao circuito de entrada do loop ou receptor final do transmissor. A impedância (ou admissão) de um transdutor é um número complexo que é uma função de frequência e geralmente pode ser expressa como: z (W) = r (w) + jx (w) (em ohms). Na ressonância mecânica, O varistor dinâmico tende a zero, e a reatância capacitiva estática pode ser sintonizada com um indutor correspondente. Isso pode ser considerado uma resistência pura. A impedância elétrica do transdutor piezoelétrico é tipicamente na gama de dezenas de ohms para milhares de ohms.

(4) transmitir energia

A função do localizador de faixa submarina é converter a potência elétrica do transmissor eletrônico em potência mecânica da vibração mecânica e, em seguida, converter a energia mecânica em energia acústica para transmissão. A potência sonora transmitida refere-se à quantidade física do transdutor que irradia a energia no meio por unidade de tempo. A unidade de poder é expressa em watts. A potência de transmissão do transdutor é limitada por fatores, como tensão nominal (ou corrente), força mecânica dinâmica, temperatura e características dielétricas.

(5) Resposta do lançamento

A capacidade de refletir plenamente o desempenho do transdutor de transmissão é a resposta de emissão, principalmente a resposta de tensão de emissão e a resposta atual de emissão. A definição da resposta de tensão de emissão SV é a proporção da pressão de som aparente de campo livre PF gerada pelo transdutor de transmissão a uma distância de d0 m de seu centro acústico efetivo na direção especificada e a tensão U aplicada à entrada do transdutor : Sv = pfd0 / u. A resposta de tensão de emissão é geralmente expressa em decibéis.

A resposta atual de emissão é a proporção da pressão de som aparente de campo livre PF gerada pelo transdutor de transmissão a uma distância de d0 m de seu centro acústico efetivo na direção especificada e a corrente aplicada à entrada do transdutor: Si = PF d0 / i. A resposta de tensão de emissão é geralmente expressa em decibéis.

(6) Receber sensibilidade

A sensibilidade de tensão de campo do transdutor refere-se ao ponto em que a tensão central do transdutor de recepção u (W) está na saída e o centro do som no campo livre (assumindo que o transdutor de recebimento não esteja presente). A proporção de pressão sonora PF (W) é m (W). Para receber transdutores, é desejável receber sinais acústicos incidentes em uma ampla gama de frequências, enquanto transdutores piezoelétricos normalmente operam em uma ampla faixa de frequência abaixo da frequência ressonante.

(7) flutuação de receber sensibilidade

Os transdutores receptores de banda larga exigem uma resposta de recebimento relativamente plana sobre a faixa de freqüência usada. Geralmente é especificado que a flutuação de sensibilidade da tensão de recebimento é ± 1,5dB na faixa de freqüência de operação.