Aperçu du développement des transducteurs acoustiques sous-marins à faible fréquence en eau profonde

Avec le développement de la recherche sur l'océan, il existe un large éventail de demandes de transducteurs qui peuvent fonctionner en eau profonde. Les transducteurs en eau profonde sont principalement montés sur divers types de plates-formes sous-marines autonomes, la

La plate-forme peut accueillir un volume et un poids limités ainsi qu'une capacité d'alimentation électrique, un transducteur à basse fréquence est nécessaire pour répondre aux caractéristiques de petite taille, de faible poids, d'efficacité élevée et de résistance à la pression hydrostatique élevée.

Cet article introduit les progrès de la recherche de transducteurs en eau profonde à basse fréquence au pays et à l'étranger, y compris les types communs des transducteurs, leurs caractéristiques et problèmes de développement, pour référence aux chercheurs

champs connexes.196 dB et le poids est de 2800 kg; SON SON FRÉQUENCE DE 65 Hz Le niveau de source maximum de la source est de 203 dB et le poids est de 1900 kg. Son principal inconvénient est qu'il est limité par les caractéristiques structurelles du disque incurvé, et la profondeur de travail est difficile à atteindre 1000 mètres.

2.2 Transducteur Janus-Helmholtz

Le transducteur Janus-Helmholtz peut également être attribué au type de transducteur Helmholtz. Sa forme typique est qu'un vibrateur longitudinal à double extrémité excite les coquilles cylindriques rigides aux deux extrémités, en utilisant la fréquence de cavité liquide et la fréquence des vibrations radiales pour former un pic à double résonance. La partie principale est un transducteur de vibration longitudinal qui peut rayonner des deux côtés (appelé transducteur Janus). Une paire de cavités de coquille cylindrique est placée à l'extérieur de la tête de rayonnement du transducteur de Janus, et l'espace enfermé par la cavité et le transducteur de Janus la cavité résonante de Helmholtz se forme, qui fonctionne sous l'excitation de la vibration longitudinale du Janus transducteur. Sa structure peut fonctionner dans des eaux plus profondes sans utiliser de dispositifs de compensation de pression. , En utilisant le couplage du mode de résonance de la cavité liquide et du mode de vibration longitudinale, il a des caractéristiques à basse fréquence, haut débit, haute puissance, et en même temps a une taille relativement petite, ce qui convient à une utilisation comme une faible amaignée Source sonore de fréquence. IxBlue a développé une variété de transducteurs Janus-Helmholtz en profondeur JH250-6000, JH650-6000, etc. La bande de fréquence de travail du transducteur JH250-6000 est de 200Hz-1050Hz, la taille globale estΦ72 * 112 cm, le poids est de 450 kg et la source sonore, le niveau est supérieur à 196 dB; La bande de fréquence de travail du transducteur JH650-6000 est de 580Hz-2020Hz, la dimension externe estΦ45 * 61 cm, et le poids est de 90 kg. Le niveau de source sonore est supérieur à 196 dB; Ses lacunes sont de grandes fluctuations dans le groupe.

De nombreuses unités nationales ont également effectué des recherches connexes sur les transducteurs de Janus-Helmoltz. Ce type de transducteur a une taille et un poids relativement faibles pour obtenir un effet de travail à basse fréquence, et théoriquement, les performances du transducteur ne changent pas avec la profondeur et ont une bonne perspective d'application. Le principal problème est que le mode de résonance de cavité liquide a une valeur Q élevée, ce qui conduit à des courbes de conductance et de réponse nettes près du pic de résonance de la cavité liquide, qui n'est pas propice à la conception du réseau d'appariement et a un certain impact sur l'opération à large bande. Le Hangzhou Institute of Applied Acoustics a mené des recherches sur les problèmes des transducteurs JH et amélioré efficacement les deux problèmes de couplage en mode résonnant des transducteurs traditionnels de Janus-Helmholtz, et amélioré la bande passante et la bande de fréquence de travail du transducteur. La planéité de la réponse de tension de transmission. Le transducteur prototype produit a une plage de fréquences de travail de 400 à 700 Hz, un pic de cavité liquide de 480 Hz, une bande passante de réponse de tension de transmission (6 dB) supérieure à 200 Hz et un niveau de source sonore maximum 205 dB. La plage de fréquences de travail du prototype de fréquence relativement élevée est de 700 à 1400 Hz, le pic de cavité liquide est de 760 Hz, la bande passante de réponse de tension de transmission (6 dB) est supérieure à 500 Hz et le niveau maximal de source sonore est de 200 dB.

2.3 Transducteur Janus-Hammer Bell

En 2013, le transducteur en eau profonde, qui est assez différent du transducteur JH traditionnel. Il comprend spécifiquement un transducteur de vibration longitudinal bidirectionnel et une coquille cylindrique rigide, qui est montée sur un cylindre rigide. Sur la masse moyenne. Le mécanisme réside dans le couplage du mode vibration longitudinal à double extrémité et du mode toroïdal (deux anneaux en aluminium). La vibration longitudinale entraîne le liquide dans la cavité, ce qui fait résonner la coquille cylindrique rigide. Le mode longitudinal est couplé avec le mode radial de la coque. Pour atteindre le rayonnement à large bande, le niveau de bande est fondamentalement non directionnel. Utilisez ce transducteur pour effectuer l'expérience de propagation du son longue distance. Le transducteur JHB est placé sur l'axe du canal (environ 1000 m) et le tableau de réception vertical de 20 ans est utilisé pour recevoir le signal de 1000 km avec succès.

2.4 Transducteur à anneau de débordement

Le transducteur à anneau de débordement est un type commun de transducteurs en eau profonde dans les bandes à moyenne et basse fréquence. Les surfaces intérieures et extérieures de l'anneau en céramique sont scellées avec des matériaux étanches (polyuréthane ou caoutchouc vulcanisé). La pression hydrostatique sur la structure est auto-équilibrée, et théoriquement la profondeur de travail n'est pas limitée par la profondeur de l'eau. Dans le même temps, la conception raisonnable de la taille de la cavité liquide du transducteur toroïdal peut exciter le pic de résonance de cavité liquide à basse fréquence et se combiner avec la résonance radiale du toroïde lui-même pour obtenir des effets de travail à large bande multimode. Fonctionnent généralement dans la plage de fréquences de 1 kHz ~ 10 kHz. Pour les bandes de fréquence inférieures à 1 kHz, les anneaux de mosaïque de grande taille doivent être fabriqués, ce qui nécessite une technologie d'assemblage élevée. Le transducteur à anneau de débordement signalé à l'étranger a une bande de fréquence de travail de 250 Hz-1kHz et une source sonore. Le niveau est de 197 dB, le diamètre est de 1 m, la hauteur est de 1,6 m et le poids est d'environ 800 kg.

Lan \"Tomographie acoustique profonde latente standard \", et a obtenu des résultats préliminaires, mais il y a encore place à une amélioration supplémentaire. La plage de fréquences de travail de l'appareil est de 400 Hz ~ 550 Hz, la réponse de tension de transmission maximale est de 132 dB et le niveau maximal de source sonore est de 182 dB. Sur la base des deux ensembles de cibles sous-marins tomographiques acoustiques profondes de ce transducteur, à basse fréquence (500 Hz), en eau profonde (profondeur d'axe de canal 1000m), à long terme (3 mois de temps en service) émission de signal acoustique et signal acoustique Réception sur le profil vertical à une profondeur de 300 m ~ 1500 m. Dans le brevet du modèle d'utilité pour le transducteur de tension flexible à débordement appliqué, le plastique en mousse rigide est utilisé comme matériau résistant à la pression, la fréquence de résonance est de 2,4 kHz et la réponse de tension de transmission est de 126 dB. Harbin Engineering University a proposé dans le brevet \"un transducteur acoustique sous-marin inversé inversé en phase \". En installant des tubes inversés de demi-longueur d'onde aux deux extrémités du transducteur flextenaire de type IV, le rayonnement interne du transducteur flextenaire de type débordement est rayonné. La phase de pression acoustique est inversée de 180 degrés, ce qui ajuste la phase de pression acoustique à l'intérieur de la coquille rayonnante de flexion, de sorte que la pression acoustique rayonnait du côté intérieur à la buse du tube inversé est dans la même phase que la pression acoustique rayonnée à partir de la radiation de la pression de la saine rayon L'extérieur de la coquille vibrante, surmontant le traditionnel le problème de la faible efficacité de rayonnement du transducteur flextenaire de type débordement. Grâce à cette conception, le transducteur a trois surfaces rayonnantes en phase, à savoir la surface rayonnante du piston plan elliptique aux deux extrémités et la surface rayonnante de la coque du transducteur flextenaire, formant un mode matrice en phase ternaire, qui permet la transduction flytendale. Le dispositif forme une directivité figure de huit, ce qui le fait avoir les caractéristiques de l'émission directionnelle.

2,6 Transducteur à basse fréquence compensé par le gaz

La US Alliant TechSystems Company a développé le transducteur acoustique sous-marine à haute puissance ultra-bas HX-554 pour la thermométrie acoustique de 1993-1994 du climat océanique (ATOC). Le transducteur se compose de 10 piles de cristal piézoélectriques avec une longueur de 1085 mm, une largeur 119 mm et une épaisseur 53 mm (chaque pile de cristal est composée de 92 plaques carrées en céramique piézoélectrique collées ensemble, et une section de matériau passive est ajoutée au milieu de la pile cristalline) dans un seau. Structure en forme, avec un sac gonflable à l'intérieur pour équilibrer la pression hydrostatique, et la profondeur de travail peut atteindre 1000 mètres. Le transducteur utilise des vibrations de flexion piézoélectrique pour émettre des ondes sonores non directionnelles horizontales. La fréquence de résonance est de 75 Hz, la bande passante de travail est de 57-92 Hz et le niveau maximal de source sonore est 197 dB (Sound Power 420W, CW Pulse); La taille globale du transducteur est de 2,06 longs. M, 0,94 m de diamètre, 2300 kg dans l'air, 770 kg dans l'eau, plus la structure de support et le système d'inflation, le poids total est de 5500 kg.

2.7 Source sonore hydrodynamique

La source sonore alimentée par fluide utilise un lecteur hydraulique pour générer des vibrations et a les caractéristiques de l'émission de fréquence ultra-faible, une large fréquence de travail, une longue course de travail et une grande poussée. La source sonore hydraulique HLF-1 développée par Hydroacoustics a une plage de fréquences de travail de 20 Hz-2KHz, le niveau de source sonore peut atteindre 196 dB à 260 Hz de résonance et sa taille maximale est de 1 m. La source sonore hydraulique HLF-4 développée a une seule source sonore avec un niveau de source sonore de 206 dB à une fréquence de résonance de 57 Hz et une bande passante de 14 Hz. 5 Des sources sonores sont utilisées pour former une matrice, et le niveau de source sonore a atteint 221 dB. Il est célèbre en 1991, ce transducteur a été utilisé dans le test de mesure de la température de l'océan Island, et le signal acoustique a une distance de propagation de 18 000 km.

3 Conclusion

Différents types de transducteurs de transmission à basse fréquence en eau profonde ont de grandes différences de taille, de poids et de caractéristiques acoustiques profondes. Il est impossible de répondre aux besoins de divers types d'équipements de sonar avec un seul transducteur. Par exemple, le transducteur à anneau de débordement a de bonnes performances. Stabilité des eaux profondes, directivité de couverture en espace complet, meilleur effet à large bande, mais la taille et le poids correspondants sont relativement importants; Le transducteur JH atteint un fonctionnement à basse fréquence et à large bande dans un volume relativement petit, mais sa directivité change davantage avec la fréquence. Grand, et il y a souvent des \"vallées \" profondes dans la bande de fréquence, ce qui a un certain impact sur l'effet d'utilisation réel. Selon les besoins réels du projet, une considération complète doit être accordée aux exigences d'adéquation, de niveau de source sonore, de directivité, de fonctionnement à large bande, etc., et le type approprié de transducteur de transmission à basse fréquence en eau profonde doit être sélectionné.