Novos desenvolvimentos Piezo Cerâmica usados ​​nos transdutores de sonar subaquáticos

O transdutor é uma parte importante do sonar. A partir da perspectiva da história das hidroacústicas, cada passo do desenvolvimento de acústica subaquática é inseparável do desenvolvimento da tecnologia de transdutor. Como os transdutores hidroacústicos desempenham um papel fundamental na engenharia acústica subaquática, muitos países desenvolvidos investiram enormemente na pesquisa. Da história do desenvolvimento de equipamentos acústicos subaquáticos, desde o início da Primeira Guerra Mundial, o transdutor tipo Langevin consistindo deCristais de cerâmica piezoelétricoe massas metálicas foram usadas. Depois de muitas substituições de produtos, os transdutores foram usados. O desempenho foi muito melhorado. Nas duas últimas ou três décadas, devido à demanda militar, o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia, o desenvolvimento contínuo e a aplicação de novos materiais transdutores e a aplicação da análise de elementos piezo finitas no design do transdutor, pesquisa transdutante. Com base na teoria clássica e nos métodos analíticos, muitos novos conceitos e métodos surgiram. O transdutor acústico subaquático está enfrentando uma nova rodada de substituição de produtos. Transdutor diluído magnetostrictivo gigante, transdutor de cerâmica de piezo eletrosstritivo de alto desempenho, hidrofone de vetor, transdutor composto piezoelétrico, hidrofone de baixa frequência da área de PVDF, hidrofone de fibra óptica, etc Representa os últimos desenvolvimentos na pesquisa de transdutores. Deste aspecto, este artigo aguarda os últimos desenvolvimentos dos transdutores de sonar subaquáticos.

transdutor magnetostrictivo gigante

Na década de 1970, a AE Clark descobriu que as ligas raras da terra têm propriedades super magnetostrictivas. Essas cepas máximas causadas por efeitos magnetostrictivos são de 6 a 20 vezes maiores que as deTransdutor de tubo piezoelétrico.Usado em transdutores acústicos subaquáticos, e a densidade de energia é de cerca de 10 a 20 vezes, e a velocidade sólida é apenas 2/3 a 3/4 da cerâmica piezoelétrica, e a comparação de desempenho entre o material da terra rara terfenol2D e o material piezoelétrico convencional PZT-8 e níquel é dado. Portanto, sob as mesmas condições de volume, o transdutor hidroacústico Terfenol2D tem uma frequência de ressonância que é de 2/3 a 3/4 inferiores à frequência ressonante do transdutor hidroacústico cerâmico piezoelétrico. Porque o transdutor feito de material magnetostrictivo gigante de terra rara terfenol2d tem as características de grande potência de transmissão, pequeno volume, peso leve e alto ambiente de alta temperatura, é obtido no desenvolvimento de baixa frequência de baixa frequência - muito baixo transdutor acústico subaquático subaquático. Atenção e aplicação adequadas. Na década de 1980, os países desenvolvidos desenvolveram vários transdutores de terra raros e aplicá-los ao campo militar. A Suécia desenvolveu com sucesso transdutores de terra raros curvos com uma potência sólida de 151 kW para minasweeping. China começou a pesquisa nos anos 90, mas fez progresso rápido. Eles desenvolveram com sucesso transdutores de flexão de terra raro, transdutores incrustados de terra rara e transdutores longitudinais da terra rara a terra rara, etc. As principais características dos materiais Terfenol2D são (1) materiais frágeis e usinagem difícil. (2) Como os materiais de terra raros não são apenas um material condutor magnético, mas também um material condutor, quando as mudanças de campo magnético externo, as perdas de corrente transdutor de terra rara serão geradas no interior, e as perdas serão grandes em altas freqüências. Em comparação com os transdutores cerâmicos piezoelétricos, os transdutores magnetostrictivos gigantes precisam resolver problemas como viés magnético, pré-esforçado, perda de corrente e compensação de água profunda. Atualmente, existem algumas soluções para essas deficiências. Para a resolução de resolver o problema do material quebradiço e grande perda de corrente de redemoinho, é estudado o gempc gigante do material magnetostrictivo, Terfenol 2D em pó, misturado os materiais de ligação, e apertado e formado por metalurgia em pó. Para o desenho de transdutores magnetostrictivos gigantes, é uma solução vantajosa para fazer pleno uso de sua grande deformação e alta densidade de energia como a fonte de excitação do transdutor flexural. Pode ser usado para fazer uma variedade de baixa frequência, pequeno volume e alta conversão de energia. A seleção correta do viés magnético, pré-estresse e técnicas de aplicação dos materiais magnetostrictivos raros da terra têm um grande impacto no desempenho do transdutor. Geralmente, o viés magnético é selecionado em 1/3 do valor de saturação magnetostrictivo, e o pré-estresse é selecionado de 7 MPa para 10 MPa para obter uma grande potência de saída.

Hidrofone de fibra óptica

A tecnologia de hidrofone de fibra ótica começou no laboratório naval dos EUA no final dos anos 1970. O hidrofone de fibra óptica tem as vantagens da alta sensibilidade, forte capacidade de interferência anti-eletromagnética, grande faixa dinâmica, tamanho pequeno e peso leveHemisfério piezoelétrico pzt4.. Portanto, a tecnologia foi altamente valorizada assim que nasceu, e foi considerado uma das principais tecnologias da Defesa Nacional. Após mais de 20 anos de desenvolvimento, a tecnologia de hidrofone de fibra óptica fez grandes progressos nos países desenvolvidos, e vários hidrofones de fibra óptica foram introduzidos. Eles completaram o sistema de monitoramento de som submarino de hidrofone all-fibra, matriz de linha rebocada, array conformal submarino e assim por diante. Em particular, o desenvolvimento bem-sucedido de lasers de estado sólido abriu um vasto mundo de aplicações para fibras ópticas. A tecnologia de hidrofone de fibra ótica também tem um bom começo. O desempenho do protótipo da unidade foi próximo ou atingido ao nível internacional, e a pesquisa de tecnologia de hidrofone de fibra ótica foi realizada. A penetração da pesquisa de sonar na tecnologia laser, sem dúvida, abrirá uma nova página na pesquisa de sonar. Todos os tipos de hidrofones de fibra óptica são projetados de acordo com o efeito da onda sonora para tornar a modulação de fase ou modulação de intensidade da luz da fibra. A fibra é dividida em fibra multimodo e fibra de modo único. O hidrofone de fibra óptica é feito principalmente de fibra de modo único. Tipo de interferômetro e tipo de modulação de intensidade de luz. Sob a ação da pressão sonora, o estresse é gerado no núcleo da fibra óptica para causar alterações no índice de refração e comprimento. Essas duas mudanças causam modulação de fase do laser propagação na fibra óptica. O hidrofone de fibra óptica do tipo interferômetro é usar a fibra que é afetada pelo campo de som como a fibra sensível, e a outra é separada do campo de som. A fibra com uma diferença de fase fixa é usada como a fibra de referência, que é colocada nos braços do interferômetro, e o conversor fotoelétrico. Depois da síntese, a interferência é formada na superfície do fotomultiplice recebido, e a informação acústica é detectada. Como o comprimento de onda da luz é muito pequeno, a ligeira tensão do sinal causada pela pressão sólida não é uma pequena mudança em relação ao comprimento de onda da luz, e, portanto, causa uma grande mudança na intensidade da luz de saída, então a sensibilidade de O hidrofone do tipo de interferência de fibra é particularmente alto. O desempenho técnico obtido pela hidrofone de fibra óptica do interferômetro de fibra é o seguinte: Receber sensibilidade de tensão: - 140dB (0db = 1V / μPa) sensibilidade de fase: 2. 56 × 10 - 8 RAD / μPa .frequência Resposta: 16Hz ~ 10khz (Ondulação ≤ 3DB) Direcionalidade: omnidirecional (ondulação ≤ 2. 5dB) Entre todos os hidrofones do tipo de intensidade, o hidrofone do tipo grade é um novo detector acústico subaquático novo, comprovado e eficaz.

A saída é expressa como uma modulação de intensidade direta do campo de som incidente. Seu principal princípio de funcionamento é causar o deslocamento relativo das duas grades entre a fonte de luz constante e o receptor de luz sob a ação do campo de som, e a intensidade receptora é uma função do deslocamento relativo das duas grades, de modo que o campo de som pode ser transformado. Para modulação de intensidade. A própria hidrofona de grade consiste essencialmente de dois ondas ópticas alinhadas axialmente (ou fibras) com uma pequena lacuna e as aberturas na lacuna que controlam a transmitância fornecem a modulação de intensidade necessária. O hidrofone fornece todas as vantagens de um dispositivo de modulação de intensidade direta e é barato. O método de grade pode obter uma sensibilidade relativamente alta, e o dispositivo é simples de fabricar, sem qualquer tecnologia óptica avançada, e tem uma faixa dinâmica de até 160 dB, e tem a capacidade de detectar um deslocamento causado pelo som menor que 0,01 . Além disso, devido à escolha flexível de densidade de grade, compensação, energia óptica e estrutura de hidrofone, há mais flexibilidade no projeto de sensibilidade, faixa dinâmica, tamanho e faixa de freqüência de operação. Para hidrofones de fibra óptica, o ruído de tiro causado por flutuações atuais no fotodiodo é sua principal fonte de ruído e é frequentemente referida como o limite de ruído teórico. Além disso, o alinhamento do feixe, o isolamento do feixe de referência e o isolamento da vibração da fonte têm um impacto direto no desempenho. A maior desvantagem dos hidrofones de fibra ótica é o grande efeito de temperatura.