Novo tipo de transdutor acústico subaquático e nova tecnologia de transdutor

As ondas acústicas são a única transportadora que os humanos têm que podem transmitir informações e energia a longas distâncias no vasto oceano. Na terra, as pessoas usam ondas eletromagnéticas para desenvolver radares. Da mesma forma, as pessoas usam ondas acústicas como transportadoras de informações para desenvolver alvos subaquáticos para detecção e equipamentos eletrônicos para posicionamento, identificação e sonar de comunicação. Enfrentando o vasto oceano, os ombros do sonar uma missão importante que atingem todos os cantos do vasto oceano, identificam várias coisas nele, que dizem às pessoas a verdadeira face do mundo subaquático e ajudam as pessoas a explorar os mistérios do oceano, a fim de Torne -se navegação subaquática de comunicação, pesca aquática, desenvolvimento de recursos marinhos, geologia marinha e exploração de geomorfologia, a razão pela qual as ondas sonoras se tornam a melhor transportadora de informações subaquáticas é que, em meios de água, as ondas sonoras têm o menor coeficiente de atenuação em comparação com outros campos físicos, como eletromagnético ondas e podem ser transmitidas a longas distâncias. Essa vantagem faz do sonar usando ondas ultrassônicas para observar debaixo d'água desde o início. O objetivo começa e continua a se desenvolver. Atualmente, a banda de sonar de frequência de trabalho foi estendida a uma ampla variedade. O sonar ativo foi estendido de dezenas de Hz a dezenas de MHz, e o final de baixa frequência do sonar passivo foi estendido para a faixa de infra -som. Em uma banda de frequência tão ampla, de acordo com os regulamentos, o dispositivo importante que estimula e gera ondas sonoras na forma de sinais e sentidos e recebe ondas sonoras na água sem distorção é chamado de transdutor de sonar ou matriz de sonares. Esses dispositivos são o equipamento front-end do sistema de sonar, bem como a \"Window \" para o sistema de sonar interagir com o meio de água e trocar informações, e são os \"realizadores \" das funções do sistema de sonar, Para transdutores de sonar ou matrizes de sonar, é vividamente referido como os \"olhos e ouvidos\" do sistema de sonar. Com a expansão contínua do campo de aplicação da tecnologia do sonar e a crescente demanda por confronto e combate militar, novos princípios, novas tecnologias e novos equipamentos de sonar emergiram um após o outro, um após o outro. Os requisitos de desenvolvimento da nova tecnologia de sonar impulsionaram o rápido desenvolvimento da tecnologia de transdutores e os mesmos avanços tecnológicos no campo dos transdutores e o desenvolvimento de novos materiais, novos mecanismos e novas estruturas deTransdutores acústicos subaquáticostambém fiz o sistema de sonar \"refrescante \". Aqui está uma breve visão geral do status de desenvolvimento da tecnologia de transdutores nos últimos anos, com base nas informações que o autor possui e no nível limitado de entendimento. Inclui principalmente o novo transdutor hidroacústico de material, nova estrutura e novo mecanismo transdutor hidroacústico, novo tipo de hidrofone, tecnologia de transdutor de banda larga e assim por diante.

2 Novo transdutor acústico subaquático material

O transdutor é um dispositivo que realiza a conversão de energia no sistema de sonar. No transdutor, há um material especial que tem a capacidade de converter energia. Este material é chamado de material funcional. The functional materials used to make transducers mainly include piezoelectric materials (such as piezoelectric crystals, piezoelectric ceramics, piezoelectric polymers, etc.) and magnetostrictive materials (such as nickel, cobalt, nickel-iron alloys, ferrites, rare earth iron alloys, etc. ) Etc.), eles usam efeito piezoelétrico e efeito magnetostrritivo para realizar a conversão mútua entre energia do campo elétrico ou energia de campo magnético e energia mecânica. A inovação da tecnologia do transdutor é fundamentalmente determinada pela inovação tecnológica de materiais funcionais. Nos últimos anos, várias realizações técnicas no campo dos materiais funcionais também levaram Dawn ao desenvolvimento da tecnologia de transdutores. O médico descobriu que os materiais de terras raras de Lanthanide têm incríveis propriedades magnetostrictivas, mas não foram usadas na prática porque o ponto Curie é menor que a temperatura ambiente. Mais tarde, descobriu -se que ligas binárias, ternárias ou quaternárias compostas por elementos de terras raras e ferro também têm propriedades magnetostrictivas gigantes à temperatura ambiente. A liga de terra rara mais representativa é o terfenol-D (a composição é TB0.27DY0.73FE1). 95), tornou -se um novo tipo de material funcional que atraiu muita atenção desde os anos 80. Relaxamento Ferroelétrico de cristal único Titanato de líder de niobato de magnésio (PMN-PT) e titanato líder de zinco de zinco (referidos como PZN-PT) são novos tipos de materiais de cristal de perovskita compostos e também estão emergindo uma classe de novos materiais funcionais com ótimas perspectivas de aplicação. Antes disso, o níquel era comumente usado como material para os transdutores. Em 1917, o cientista francês Langevin fez um transdutor de sonar com um cristal de quartzo, estabelecendo um precedente para a aplicação de materiais piezoelétricos no sonar na década de 1940, a cerâmica PZT da Batio3 com fortes propriedades piezoelétricas foram desenvolvidas com sucesso e foram amplamente utilizadas em sistemas sonares. A cerâmica piezoelétrica PZT desenvolvida na década de 1950 tem uma ampla faixa de temperatura de operação e excelentes propriedades eletromecânicas. A eficiência da conversão compensa a insuficiência da cerâmica de BATI3 e uma vez se tornou o material de escolha para transdutores acústicos subaquáticos. Entre eles, o material cerâmico piezoelétrico com alta densidade de energia é PZT-8. Uma comparação simples dos materiais acima: terfenol-d, pmn-pt, pzn-pt pode produzir tensão cerca de 5 vezes a do PZT-8 e 50 vezes a de níquel; As constantes piezoelétricas de PMN-PT e PZN-PT são D33. É 6-8 vezes o do material PZT-8. O uso desses materiais PZT para desenvolver novos transdutores acústicos subaquáticos é um dos tópicos quentes atuais.

Material magnetoestritivo detransdutor acústico subaquático do cilindroé raro, qual material magnetostrritivo gigante da terra usa efeito magnetostrritivo para realizar a conversão mútua entre energia do campo magnético e energia mecânica e é usada principalmente para desenvolver transdutores de emissão acústica de baixa frequência e alta - energia. É uma espécie de estrutura \"complexo \" do transdutor - transdutor de alta temperatura super condutora transdutor hidroacústica magnetostrritiva. Da perspectiva da estrutura do transdutor, sua estrutura é muito simples. É um transdutor longitudinal duplo - radiador. O SO - chamado \"Complex \" aqui se refere à sua rica conotação física. A potência magnetostrictiva dos materiais de liga de terras raras a baixa temperatura é maior do que a temperatura ambiente. Por exemplo, a cepa magnetostrictiva máxima de TB0. 6DY0. 4 A temperatura de 77 mil é de 0,65 %, enquanto o terfenol - D está à temperatura ambiente. A tensão magnetostrictiva mais alta é de 0,25 %. Desenvolveu um TB0. 6DY0. 4 Material transdutor hidroacústico magnetoestritivo com uma faixa de temperatura de 50 - 60k: a haste de liga terrestre - o material em forma de haste é colocado na sala de condicionamento do ar, e a torre de resfriamento da geladeira é ciclicamente resfriada e a sala de condicionamento do ar é Fornecido por uma bobina de material supercondutor. O campo magnético do viés e o campo magnético de excitação excitam a haste magnetostrictiva para produzir vibração de alongamento, que é transmitido à superfície de radiação do tipo pistão através da peça de transição mecânica, e a superfície de radiação do tipo pistão empurra o meio de água para gerar a onda de pressão radiação . Uma câmara de vácuo é projetada na estrutura para isolar a condução de calor. A parede externa da câmara de vácuo é uma cobertura resistente à pressão em forma de cúpula, que pode suportar uma pressão de 10 atmosferas. Os principais parâmetros técnicos são os seguintes: frequência de ressonância 430 Hz, nível máximo de fonte sonora 181. 4DB, a eficiência é de cerca de 25 %. O processo de fabricação desse tipo de transdutor é complicado. Nos últimos anos, as pessoas ainda estão dispostas a usar o material terfenol - D que funciona à temperatura ambiente, abandonam alguma tensão magnetostrictiva e substituí -lo por uma nova estrutura para obter excelente desempenho de radiação. A seguir, é apresentada uma breve introdução ao progresso da pesquisa de vários materiais magnetostrictivos estruturais em transdutores acústicos subaquáticos. O transdutor longitudinal tem uma estrutura simples. A haste magnetostrictiva é combinada com a cabeça de irradiação frontal e a massa da cauda para formar um sistema de vibração dimensional semelhante. A cabeça de irradiação frontal geralmente é feita de materiais leves, e a massa da cauda geralmente é feita de materiais densos para obter uma superfície irradiante. Saída maior deslocamento de vibração. Dois transdutores longitudinais desenvolvidos com materiais terfenol - D são introduzidos. Um é um transdutor longitudinal geral com uma frequência de ressonância de 1200 Hz, uma potência sonora de 3 kW e um peso do transdutor de 60 kg; O outro é a vara de terras raras nas duas extremidades.

Relaxamento Material Ferroelétrico Transdutor acústico subaquático

Os materiais ferroelétricos relaxadores são um tipo de potencial de materiais funcionais, que pode ser dividido em tipos de cerâmica eletroestritiva e tipos de cristal único relaxadores ferroelétricos. O processo de fabricação de cristais únicos ferroelétricos relaxadores é muito mais complicada do que o dos materiais cerâmicos eletroestritivos. Os pesquisadores usaram esses materiais para criar muitos tipos de transdutores, como transdutores de flexão, transdutores longitudinais e assim por diante. A tecnologia de fabricação de transdutores desse tipo de material é mais complicada e é necessária adicionar um campo elétrico de viés CC, aplicar protestre e controlar a temperatura do processo. O uso de cerâmica eletroestritiva de Titanato-Bário de Titanato-Bário)-PT-BT (titanato de titanato-bário-bário) desenvolveu o transdutor Flextensional do tipo IV. Os resultados da pesquisa mostram que o transdutor desenvolvido não maximizou o potencial do material. Este trabalho ainda será um dos pontos quentes que precisam ser explorados no campo dos transdutores acústicos subaquáticos por um período de tempo. Usando material de cristal único ferroelétrico PMN-PT relaxador para estudar 64 canais de sonda de ultrassom de 3,5 MHz, usada em equipamentos médicos de imagem por ultrassom de ultrassom B-ultrassom e Doppler, sugerindo que o material de cristal único ferroelétrico relaxador em sonar de imagem de alta frequência.

Filme de polímero piezoelétrico de transdutor acústico subaquático esféricopode ser transformado em uma membrana flexível, e o transdutor pode ser projetado em qualquer forma ao fazer o transdutor, e a impedância acústica do material é baixa e é fácil obter impedância com água e outros meios fluidos e tecidos biológicos. Combinando, geralmente usados ​​para fabricar hidrofones padrão de alta frequência, transdutores de alta frequência, transdutores de ultrassom médico, matrizes conformais e matrizes de transdutores compostos diversificados, o polímero piezoelétrico comumente usado é principalmente fluoreto de polivinilideno (PVDF). Atualmente, o filme de material de polímero piezoelétrico mais atraente EMFI (abreviação do eletro-mecânico) é um tipo de filme flexível de espuma de polipropileno, sua constante piezoelétrica é cerca de 10 vezes a do PVDF, que pode ser usada para fazer transdutores de alta sensibilidade . A estrutura do transdutor de filme fino EMFI possui um diâmetro superficial de recepção de 35 mm, e a sensibilidade recebida do transdutor é maior que -190dB (o valor de referência é 1V/μPa). Esse tipo de transdutor também pode ser usado no ar para receber ou emitir ondas sonoras.

Introdução da nova estrutura do transdutor acústico subaquático e vários mecanismos de transdução. Os materiais funcionais são importantes no transdutor, mas precisam ser tocados por uma estrutura adequada. Portanto, o projeto estrutural do transdutor parece ser particularmente importante no desenvolvimento da tecnologia de transdutor. importante. De acordo com diferentes campos de aplicação e vários requisitos técnicos, ou de acordo com as características de diferentes mecanismos de transdução e materiais funcionais, vários tipos de transdutores foram lançados um após o outro, muitos dos quais combinam tecnologias multidisciplinares para quebrar em conjunto novas dificuldades técnicas de terreno para atender a alguns requisitos técnicos especiais. O transdutor hidroacústico magnetostrritivo supercondutor de alta temperatura é um exemplo típico. No conteúdo anterior deste artigo e nos tipos de transdutores a serem introduzidos posteriormente, muitos também são novas estruturas e novos mecanismos de transdutores acústicos subaquáticos. Para não repetir, esta seção cita apenas dois outros exemplos de design de novas estruturas.

O transdutor do tipo prato (prato) é um tipo de transdutor de estrutura novo semelhante ao transdutor Flextensional. Cada transdutor do tipo prato consiste em um par de disco de cerâmica pzt piezoelétrica e uma tampa de metal está unida. O disco cerâmico piezoelétrico PZT aplica uma tensão alternada para gerar vibração radial para excitar a tampa de metal para dobrar a vibração, e a tampa de metal elevada do transdutor produz vibração alternada de \"expansão-isca \". Ondas sonoras de radiação. Quando a mesma onda de pressão alternada atua na tampa de metal, a pressão será transmitida ao disco cerâmico piezoelétrico PZT, e a tensão alternada é emitida nos dois pólos do disco de cerâmica, que é usado como transdutor receptor. A frequência ressonante do transdutor do tipo prato na água é de 16,1kHz e a resposta da tensão de emissão é de 130dB (o valor de referência é 1μPa/v, a 1M). A Figura 5 também mostra a foto da matriz de 9 elementos composta desse tipo de transdutor. . Na mola de mola de bobina baixa frequência transdutor piezoelétrico, a cerâmica piezoelétrica é processada em uma forma de mola da bobina (como mostrado na Figura 6), oTransdutor de cerâmica piezoelétricaé polarizado na direção tangencial e, em seguida, um par de eletrodos de excitação é construído. A seção neutra sem eletrodos no meio é separada para formar um par de eletrodos de anel externo 1 e um par interno do eletrodo de anel 2 (consulte o diagrama esquemático aumentado de um pequeno fragmento na Fig. 6). Dessa maneira, a tensão de excitação V é aplicada ao par de eletrodos, a parte da cerâmica piezoelétrica controlada pelo par externo do eletrodo e o par de eletrodos do anel interno produzirá vibrações opostas (extensão ou contração) e o movimento de expansão e contração do sistema de mola acionará a superfície de trabalho do pistão para vibrar energia sonora. Devido à baixa rigidez dessa estrutura, ela possui uma baixa frequência ressonante e pode ser usada como um transdutor de transmissão de baixa frequência. Quando usado como receptor, ele também possui alta sensibilidade em bandas de baixa frequência. A partir da equação piezoelétrica, foi obtida uma relação de conversão eletromecânica desse tipo de transdutor e algum trabalho de pesquisa exploratório foi realizado.

Introdução a vários mecanismos de conversão de energia em transdutores acústicos subaquáticos da perspectiva da conversão de energia, os transdutores podem ser divididos principalmente em transdutores piezoelétricos que usam efeito piezoelétrico para obter conversão de energia e magnetics que usam efeito magnetostricto para alcançar a conversão de energia. Transdutores retráteis, os transdutores envolvidos no conteúdo anterior pertencem a esses dois tipos.