Visão geral do desenvolvimento de transdutores acústicos subaquáticos de baixa frequência em águas profundas

Com o desenvolvimento da pesquisa oceânica, há uma ampla gama de demanda por transdutores que podem funcionar em águas profundas. Os transdutores de águas profundas são montadas principalmente em vários tipos de plataformas subaquáticas independentes, o

A plataforma pode acomodar o volume e o peso limitados, bem como a capacidade da fonte de alimentação, é necessário o transdutor de baixa frequência para atender às características de tamanho pequeno, baixo peso, alta eficiência e alta resistência à pressão hidrostática.

Este artigo apresenta o progresso da pesquisa de transdutores de águas profundas de baixa frequência em casa e no exterior, incluindo os tipos comuns dos transdutores, suas características e problemas de desenvolvimento, para referência de pesquisadores em

campos relacionados.196DB e o peso é de 2800 kg; 65Hz Som de frequência muito baixa O nível máximo de fonte da fonte é de 203dB e o peso é de 1900 kg. Sua principal desvantagem é que ela é limitada pelas características estruturais do disco curvo, e a profundidade de trabalho é difícil de atingir 1000 metros.

2.2 Transdutor de Janus-Helmholtz

O transdutor Janus-Helmholtz também pode ser atribuído ao tipo de transdutor de Helmholtz. Sua forma típica é que um vibrador longitudinal de ponta dupla excita conchas cilíndricas rígidas nas duas extremidades, usando a frequência da cavidade líquida e a frequência de vibração radial para formar um pico de ressonância dupla. A parte principal é um transdutor de vibração longitudinal que pode irradiar em ambos os lados (chamado transdutor de Janus). Um par de cavidades cilíndricas é colocado na parte externa do chefe de radiação do transdutor de Janus, e o espaço cercado pela cavidade e pelo transdutor de Janus, a cavidade ressonante de Helmholtz é formada, que trabalha sob a excitação da vibração longitudinal do Janus transdutor. Sua estrutura pode funcionar em águas mais profundas sem o uso de dispositivos de compensação de pressão. , Utilizando o acoplamento do modo de ressonância da cavidade líquida e o modo de vibração longitudinal, possui baixa frequência, banda larga e características de alta potência e, ao mesmo tempo Fonte de som de frequência. O ixBlue desenvolveu uma variedade de transdutores de Janus-Helmholtz de profundidade total JH250-6000, JH650-6000, etc. A banda de frequência de trabalho do transdutor JH250-6000 é 200Hz-1050Hz, o tamanho geral éΦ72*112cm, o peso é de 450 kg e a fonte sonora o nível é maior que 196dB; A faixa de frequência de trabalho do transdutor JH650-6000 é 580Hz-2020Hz, a dimensão externa éΦ45*61cm e o peso é de 90 kg. O nível da fonte sonora é maior que 196dB; Suas deficiências são grandes flutuações na banda.

Muitas unidades domésticas também realizaram pesquisas relacionadas sobre transdutores de Janus-Helmholtz. Esse tipo de transdutor tem um tamanho e peso relativamente pequenos para obter um efeito de trabalho de baixa frequência e, teoricamente, o desempenho do transdutor não muda com a profundidade e tem uma boa perspectiva de aplicação. O principal problema é que o modo de ressonância da cavidade líquida tem um alto valor de Q, o que leva a curvas nítidas de condutância e resposta perto do pico de ressonância da cavidade líquida, o que não é propício ao design da rede correspondente e tem um certo impacto no a operação de banda larga. O Instituto de Acústica Aplicada da Hangzhou conduziu pesquisas sobre os problemas dos transdutores de JH e melhorou efetivamente os dois problemas de acoplamento do modo ressonante dos transdutores tradicionais de Janus-Helmholtz e melhorou a largura de banda e a faixa de frequência de trabalho do transdutor. A planicidade da resposta de tensão de transmissão. O transdutor de protótipo produzido possui uma faixa de frequência de trabalho de 400 ~ 700Hz, um pico de cavidade líquida de 480Hz, uma largura de banda de resposta à tensão de transmissão (6dB) maior que 200Hz e um nível máximo de fonte sonora 205DB. A faixa de frequência de trabalho de protótipo de alta frequência é de 700 ~ 1400Hz, o pico da cavidade líquida é de 760Hz, a largura de banda de resposta à tensão de transmissão (6dB) é maior que 500Hz e o nível máximo da fonte sonora é de 200dB.

2.3 Janus-Hammer Bell Transduter

Em 2013, o transdutor de águas profundas, que é bem diferente do tradicional transdutor JH. Inclui especificamente um transdutor de vibração longitudinal radiante radiante e uma concha cilíndrica rígida, que é montada em um cilindro rígido. Na massa média. O mecanismo está no acoplamento do modo de vibração longitudinal de ponta dupla e no modo toroidal (dois anéis de alumínio). A vibração longitudinal leva o líquido na cavidade a vibrar, fazendo com que a concha cilíndrica rígida ressoe. O modo longitudinal é acoplado ao modo radial do shell. Para alcançar a radiação de banda larga, o nível na banda é basicamente não direcional. Use este transdutor para realizar o experimento de propagação de som de longa distância. O transdutor JHB é colocado no eixo do canal (cerca de 1000m) e a matriz de recebimento vertical de 20 anos é usada para receber o sinal de 1000 km com sucesso.

2.4 transdutor de anel de transbordamento

O transdutor de anel de transbordamento é um tipo comum de transdutores de águas profundas nas bandas de frequência média e baixa. As superfícies internas e externas do anel de cerâmica são seladas com materiais estanques (poliuretano ou borracha vulcanizada). A pressão hidrostática na estrutura é auto-equilibrada e, teoricamente, a profundidade de trabalho não é limitada pela profundidade da água. Ao mesmo tempo, o projeto razoável do tamanho da cavidade líquida do transdutor toroidal pode excitar o pico de ressonância da cavidade líquida de baixa frequência e combinar com a ressonância radial do próprio toróide para obter efeitos de trabalho de banda larga de vários modos. Geralmente trabalha na faixa de frequência de 1kHz ~ 10kHz. Para bandas de frequência abaixo de 1kHz, os anéis de mosaico de grande porte precisam ser feitos, o que requer alta tecnologia de montagem. O transdutor de anel de transbordamento relatado no exterior possui uma faixa de frequência de trabalho de 250Hz-1KHz e uma fonte de som. O nível é 197dB, o diâmetro é de 1m, a altura é de 1,6 m e o peso é de cerca de 800 kg.

Lan \"Tomografia acústica do mar profundo padrão \" e alcançou resultados preliminares, mas ainda há espaço para melhorias adicionais. A faixa de frequência de trabalho do dispositivo é de 400Hz ~ 550Hz, a resposta máxima da tensão de transmissão é de 132dB e o nível máximo da fonte sonora é de 182dB. Com base nos dois conjuntos de alvos submarinos tomográficos acústicos profundos deste transdutor, baixa frequência (500Hz), águas profundas (profundidade do eixo do canal de 1000m), emissão de sinal acústico e sinal acústico de longo prazo (3 meses no tempo) e sinal acústico) Recepção no perfil vertical a uma profundidade de 300m ~ 1500m. Na patente do modelo de utilidade para o transdutor de tensão flexível de transbordamento aplicado, o plástico rígido de espuma é usado como material resistente à pressão, a frequência de ressonância é de 2,4kHz e a resposta da tensão de transmissão é de 126dB. A Universidade de Engenharia da Harbin propôs na patente \"um transdutor acústico subaquático em mar profundo invertido de fase \". Ao instalar os tubos invertidos de meio comprimento de onda nas duas extremidades do transdutor Flextensional do tipo IV, a radiação interna do transdutor Flextensional do tipo de transbordamento é irradiada. A fase de pressão sonora é invertida por 180 graus, que ajusta a fase de pressão sonora dentro da concha de irradiação flexural, de modo que a pressão sonora irradiou do lado interno no bico do tubo invertido está na mesma fase que a pressão sonora irradiada a partir de O exterior da concha vibratória, superando o tradicional o problema de baixa eficiência de radiação do transdutor Flextensional do tipo transbordante. Por meio desse projeto, o transdutor possui três superfícies de radiação em fase, a saber, a superfície de radiação do pistão do plano elíptico nas duas extremidades e a superfície de irradiação da concha do transdutor Flexxensional, formando um modo de matriz em fase ternário, que habilita a transdução Flextensional. O dispositivo forma uma diretividade da figura de oito, o que faz com que ele tenha as características da emissão direcional.

2.6 Transdutor de baixa frequência compensado por gás

A empresa Alliant Techsystems dos EUA desenvolveu o transdutor acústico de alta potência de alta potência de alta potência HX-554 para a termometria acústica de 1993-1994 do clima oceânico (ATOC). O transdutor consiste em 10 pilhas de cristal piezoelétricas com comprimento de 1085 mm, largura 119 mm e espessura 53 mm (cada pilha de cristal é feita de 92 placas quadradas de cerâmica piezoelétrica, e uma seção de material passivo é adicionado no meio da pilha de cristais) em A a uma balde. A estrutura em forma, com uma bolsa inflável para equilibrar a pressão hidrostática, e a profundidade de trabalho pode atingir 1000 metros. O transdutor usa vibração de flexão da pilha piezoelétrica para emitir ondas sonoras horizontais não direcionais. A frequência de ressonância é de 75Hz, a largura de banda de trabalho é de 57-92Hz e o nível máximo da fonte sonora é 197DB (Som Power 420W, CW Pulse); O tamanho geral do transdutor tem 2,06 de comprimento. m, 0,94m de diâmetro, 2300 kg no ar, 770 kg em água, além de estrutura de suporte e sistema de inflação, o peso total é de 5500 kg.

2.7 Fonte de som hidrodinâmico

A fonte sonora movida a fluido usa acionamento hidráulico para gerar vibração e possui as características de emissão de frequência ultra baixa, ampla frequência de trabalho, longo de trabalho de trabalho e impulso grande. A fonte sonora hidráulica HLF-1 desenvolvida pela Hydroacoustics possui uma faixa de frequência de trabalho de 20Hz-2KHz, o nível da fonte sonora pode atingir 196dB na ressonância de 260Hz e seu tamanho máximo é de 1M. A fonte de som hidráulica HLF-4 desenvolvida possui uma única fonte de som com um nível de fonte sonora de 206dB a uma frequência de ressonância de 57Hz e uma largura de banda de 14Hz. 5 fontes de som são usadas para formar uma matriz e o nível da fonte de som atingiu 221dB. É famoso em 1991 Este transdutor foi usado no teste de medição de temperatura do Ocean Island, e o sinal acústico tem uma distância de propagação de 18.000 km.

3 Conclusão

Diferentes tipos de transdutores transmissores de baixa frequência de águas profundas têm grandes diferenças de tamanho, peso e características acústicas profundas. É impossível atender às necessidades de vários tipos de equipamentos de sonar com um transdutor. Por exemplo, o transdutor de anel de transbordamento tem um bom desempenho. Estabilidade em águas profundas, diretividade de cobertura de espaço total, melhor efeito de banda larga, mas o tamanho e o peso correspondentes são relativamente grandes; O transdutor JH alcança operação de baixa frequência e banda larga em um volume relativamente pequeno, mas sua diretividade muda mais com a frequência. Grande, e muitas vezes existem \"vales\" profundos na faixa de frequência, que tem um certo impacto no efeito de uso real. De acordo com as necessidades reais do projeto, deve ser considerada uma consideração abrangente aos requisitos de adequação, nível de fonte sonora, diretividade, operação de banda larga etc. e o tipo apropriado de transdutor de transmissão de baixa frequência de águas profundas deve ser selecionado.