Bases du transducteur acoustique sous-marin

71% de la surface de la Terre est l'océan. L'océan contient de nombreuses ressources biologiques et minérales, qui est le deuxième espace pour la survie et le développement humains à l'avenir. Le sonar est utilisé pour un dispositif de détection sous-marine, est un aide important pour le développement humain de l'océan et fait partie indispensable de l'industrie navale et de navigation civile. La fonction du dispositif Sonar est d'écouter le signal utile sous-marine et de le convertir en un signal électrique pour la visualisation; ou pour générer un signal électrique, puis le convertir en un signal acoustique pour se propager dans le milieu d'eau, puis le refléter et le recevoir après avoir rencontré la cible. Il est converti en un signal électrique pour l'écoute ou l'observation, déterminant ainsi l'orientation et la distance de l'objet de mesure. Dans le processus de conversion de ce signal électroacoustique sous-marin, l'équipement clé est letransducteur acoustique sous-marinou le réseau de transducteurs.

Application detransducteur acoustique sous-marin

Maintenant,transducteur acoustique sous-marinS ont été largement utilisés dans de nombreux domaines tels que l'industrie, l'agriculture, la défense nationale, le transport et le médical. Voici quelques-unes des demandes de détection sous-marine:

(1) Application en sonnage: Afin d'assurer la sécurité de la navigation, son sonar sonde doit être installé pour les navires de guerre et les navires civils; Les navires d'inspection des canaux spéciaux sont équipés de sonnettes de haute précision et de profondeur complète. Selon la profondeur du son, la fréquence et la puissance du transducteur de sondage sont également très différentes. La fréquence varie de 10 kHz à 200 kHz, et la puissance varie de plusieurs watts à des dizaines de kilowatts. Parmi eux, une fréquence élevée et une faible puissance sont utilisées pour les rivières intérieures ou les mers peu profondes, et une faible fréquence et une puissance élevée sont utilisées pour les profondeurs océaniques et profondes. Les exigences pour ces transducteurs sont la stabilisation du faisceau et le faisceau principal tranchant.

(2) l'application deTransducteurs piézoélectriques sous-marinsDans le positionnement et la fonctionnalité: mesurer la vitesse du navire au sol, en utilisant principalement le sonar Doppler, quatre transducteurs avec les mêmes performances pour organiser la direction des côtés gauche et droit perpendiculaire à la quille. La fréquence de fonctionnement générale se situe entre 100 kHz et 500 kHz.

(3) Les applications des enquêtes marines et de l'exploration stratigraphique sous-marine: les enquêtes géologiques sous-marines utilisent principalement un sonar à grande hauteur à basse fréquence. Le sonar remorqué est le plus grand éventail de tableaux acoustiques sur le transporteur actif avec la plus longue distance. Dans l'imagerie sous-marine, le sonar à vue à haute fréquence est généralement utilisé. Deux matrices linéaires sont disposées symétriquement le long de la quille sur les côtés gauche et droit du navire. Chacun d'eux émet un faisceau directionnel en forme de ventilateur au fond de la mer, puis reçoit des vagues réfléchies du fond marin. L'intensité de l'onde de réflexion inégale est différente et les images avec différentes luminosité apparaissent sur l'image affichée. Parce que la fréquence de fonctionnement est un signal acoustique plus élevé est atténué plus rapidement et la plage de l'action n'est pas loin. La plage de fréquences du test est désormais de plusieurs dizaines de kilohertz à 500 mille. C'est la classification detransducteur acoustique sous-marins.

Transducteur ultrasonique sous-marine Peut être divisé en électrique, électromagnétique, magnétostrictif, électrostatique, piézoélectrique et électrostrictif selon différents principes de conversion d'énergie électromécanique. Par exemple, la céramique piézoélectrique développée au milieu du siècle est piézoélectrique après traitement de polarisation DC à haute tension. Par conséquent, il est appelé matériel électrostrictif et est le courant dominant des transducteurs piézoélectriques d'aujourd'hui, en particulier dans les transducteurs à ultrasons. Le champ a une gamme extrêmement large d'utilisations. Latransducteur acoustique sous-marinPeut être divisé en catégories suivantes en fonction des différents modes de vibration:

(1) Transducteur de vibration longitudinale: sa direction de vibration est parallèle à la direction longitudinale. L'onde de contrainte se propage dans la longueur du transducteur, et sa fréquence fondamentale résonnante dépend de la longueur et est le type le plus largement utilisé dans les systèmes de sonar.

(2) Transducteur cylindrique: Un tube en céramique piézoélectrique (ou anneau) est utilisé pour monter la longueur souhaitée par une structure mécanique appropriée. Il peut être transformé en un transducteur horizontal avec non-résection horizontale et contrôle de la directivité verticale. Il s'agit d'un type de système de sonar qui est le deuxième seulement dans le transducteur longitudinal. Il s'agit également d'un hydrophone standard couramment utilisé dans la métrologie hydroacoustique. Et l'une des sélections d'émetteurs standard.

(3) Transducteur de vibration de flexion: le transducteur de vibration de flexion a les avantages de petite taille et de poids léger à basse fréquence (par rapport aux transducteurs du même matériau actif à la même fréquence), et la forme de vibration a des poutres courbes, des disques courbes, courbes plaques, etc.

(4) Transducteurs d'extension de flexion: les transducteurs d'extension de flexion sont généralement des transducteurs composites qui combinent deux modes de vibration. Par exemple, une barre de vibration longitudinalement extensible et un type différent de boîtier incurvé sont combinés en une pluralité de types de transducteurs d'extension courbe, et un composant actif de vibration radiale planaire circulaire peut être combiné avec un boîtier incurvé en forme de bol pour former un type II extension de flexion.

(5) Transducteur sphérique: le transducteur sphérique fabriqué par la vibration respiratoire de la coque sphérique en céramique piézoélectrique creux a l'avantage d'une bonne symétrie spatiale. Il est couramment utilisé comme hydrophone de source ponctuelle.

(6) Transducteur de vibration de cisaillement: la vibration de cisaillement dans laquelle la direction de vibration et la direction de polarisation sont parallèles et la direction du champ électrique de conduite est perpendiculaire à la direction de la vibration peut répondre à certaines exigences d'utilisation spéciales. Il s'agit de la forme d'un transducteur sous-marin de 1mh tel qu'un calcul dentaire.

3. Paramètres principaux detransducteur acoustique sous-marin

Les principaux indicateurs de performance detransducteur acoustique sous-marinsont la fréquence de travail sous-marine, la plage de fréquences de fonctionnement, la bande passante de fréquence, le niveau de source sonore d'émission (puissance acoustique) et la réponse aux émissions, la directivité, la sensibilité et la réception de la réponse de sensibilité, l'efficacité des émissions, le facteur de qualité, l'impédance, la profondeur de travail maximale, la taille et le poids.

1) Fréquence de travail

La fréquence de fonctionnement ou la plage de fréquence de fonctionnement d'un transducteur hydroacoustique est généralement déterminée par la fréquence de fonctionnement du dispositif de sonar. L'impédance, la directivité, la sensibilité, la puissance de transmission, la taille, etc. Le transducteur est tous des fonctions de fréquence. En général, le transducteur de transmission est calculé pour son indice de performance dans la bande de fréquence limitée autour de la fréquence de résonance ou près de la fréquence de résonance, avec une efficacité d'émission maximale à et près de cette fréquence. Pour un transducteur de réception à large bande, la fréquence résonante du transducteur piézoélectrique doit être beaucoup plus élevée que la limite supérieure de la bande de réception pour assurer une réponse de réception plate dans la bande large et pour calculer sa réponse de réception à la fréquence de résonance et en dessous. Les transducteurs de sonar en fréquence varient en fréquence de dizaines de Hz à plusieurs kilohertz, tandis que les petits transducteurs de sonar à détection cible varient de dizaines de kilohertz à des centaines de kilohertz.

(2) Directivité

Qu'il s'agisse d'un transducteur ou d'un tableau de transducteur, leur réponse d'émission ou la réponse de réception changera par rapport à leur direction. C'est là que le transducteur est directionnel, et les ondes sonores émises par le transducteur transmissible sont les mêmes que celles émises par le projecteur. Étant donné que le transducteur a une directivité, il peut concentrer l'énergie sonore à une certaine position pour rendre l'énergie plus concentrée. Un grand nombre de transducteurs sont utilisés pour former un réseau plus grand. La directivité est plus nette à la même fréquence, l'énergie est plus concentrée et la distance de transmission est plus éloignée. Le rapport signal / bruit est plus grand et la distance est plus longue à l'état de réception. Ce sont des caractéristiques d'impédance (ou d'admission).

Le transducteur peut être considéré comme un simple circuit équivalent en série parallèle près de la fréquence de résonance. Chaque résistance, condensateur ou inducteur dans le circuit représente les caractéristiques inhérentes du transducteur, qui est la caractéristique d'impédance (ou d'admission) du transducteur. Les caractéristiques d'impédance du transducteur sont maîtrisées pour correspondre au circuit d'entrée de la boucle ou du récepteur final de l'émetteur. L'impédance (ou l'admission) d'un transducteur est un nombre complexe qui est fonction de la fréquence et peut généralement être exprimé comme: z (w) = r (w) + jx (w) (en ohms). Dans la résonance mécanique, La variété dynamique a tendance à zéro et la réactance capacitive statique peut être réglée avec une inductance correspondante. Cela peut être considéré comme une pure résistance. L'impédance électrique du transducteur piézoélectrique est généralement dans la plage de dizaines d'Ohms à des milliers d'Ohms.

(4) transmettre la puissance

La fonction du chercheur de la gamme sous-marine est de convertir la puissance électrique de l'émetteur électronique en puissance mécanique des vibrations mécaniques, puis de convertir la puissance mécanique en puissance acoustique pour la transmission. La puissance sonore transmise se réfère à la quantité physique du transducteur qui rayonne de l'énergie dans le milieu par unité de temps. L'unité de puissance est exprimée en watts. La puissance de transmission du transducteur est limitée par des facteurs tels que la tension nominale (ou le courant), la résistance mécanique dynamique, la température et les caractéristiques diélectriques.

(5) Lancez la réponse

La capacité de refléter pleinement les performances du transducteur d'émission est la réponse d'émission, principalement la réponse de tension d'émission et la réponse du courant d'émission. La définition de la réponse à la tension d'émission SV est le rapport de la pression sonore apparente du champ libre PF généré par le transducteur d'émission à une distance de D0 m de son centre acoustique efficace dans la direction spécifiée et la tension u appliquée à l'entrée du transducteur : Sv = pfd0 / u. La réponse de tension d'émission est généralement exprimée en décibels.

La réponse du courant d'émission est le rapport de la pression acoustique apparente du champ libre PF généré par le transducteur de transmission à une distance de D0 m de son centre acoustique efficace dans la direction spécifiée et le courant que j'ai appliqué à l'entrée du transducteur: SI = PF d0 / i. La réponse de tension d'émission est généralement exprimée en décibels.

(6) recevoir une sensibilité

La sensibilité de tension de champ du transducteur fait référence au point auquel la tension centrale ouverte du transducteur récepteur U (w) est à la sortie et le centre du son dans le champ libre (en supposant que le transducteur de réception n'est pas présent). Le rapport de la pression acoustique PF (w) est m (w). Pour recevoir des transducteurs, il est souhaitable de recevoir des signaux acoustiques incidents sur une large gamme de fréquences, tandis que les transducteurs piézoélectriques fonctionnent généralement sur une large plage de fréquences en dessous de la fréquence de résonance.

(7) Fluctation de la sensibilité à la réception

Les transducteurs de réception à large bande nécessitent une réponse de réception relativement plate sur la plage de fréquences utilisée. Il est généralement spécifié que la fluctuation de sensibilité à la tension de réception est de ± 1,5 dB dans la bande de fréquences de fonctionnement.