Innovation technologique dans le développement de transducteurs acoustiques sous-marins (1)

Innovation technologique dans le développement de transducteurs acoustiques sous-marins

70,8% de la surface de la Terre est l'océan. Le vaste océan est le plus grand trésor des ressources sur la terre, et l'océan est également une position importante pour les luttes militaires internationales. La recherche, le développement et l'utilisation de l'océan sont inséparables à partir d'ondes sonores. Les ondes sonores sont le seul transporteur d'information qui peut parcourir de longues distances dans l'océan. L'exploration et le développement des ressources marines,transducteur de communication sous-marineet navigation des navires, détection et reconnaissance cibles sous-marines, surveillance environnementale et natureldLes prévisions ISaster et ainsi de suite reposent sur la technologie acoustique sous-marine pour réaliser. Le développement de la technologie acoustique sous-marine nécessite le soutien de toutes sortes de transducteurs acoustiques sous-marins. La mission des transducteurs acoustiques sous-marins est de transmettre et de recevoir des ondes sonores sous l'eau, il est donc appelé \ les yeux et les oreilles de l'équipement acoustique sous-marin \", qui peut être considéré comme des transducteurs acoustiques sous-marins. La naissance de \"h \" marque le début du développement de la technologie hydroacoustique. Les progrès techniques des transducteurs hydroacoustiques sont une condition préalable importante et un fondement pour le développement rapide de la technologie hydroacoustique (1)

Latransducteur acoustique sous-marinn'est pas un sujet isolé simple, mais un domaine technique multidisciplinaire. Les matières étroitement liées comprennent principalement: physique, science des matériaux, mathématiques, mécanique, électronique, chimie, science mécanique, etc., donc l'acoustique sous-marine Bien que le transducteur n'ait qu'une histoire de plus de cent ans de développement, il est maintenant devenu un Champ de sujet vibrant. Le besoin urgent du domaine de la technologie hydroacoustique est la force motrice directe pour le développement de transducteurs hydroacoustiques, et le développement de matériaux fonctionnels et de progrès technologiques est la base matérielle la plus importante pour le développement de transducteurs hydroacoustiques. Tout au long de l'historique de développement des transducteurs hydroacoustiques, afin de répondre aux exigences techniques toujours croissantes dans le domaine de l'hydroacoustique dans la plus grande mesure, les matériaux fonctionnels correspondants sont constamment mis à jour. Les gens ont effectué des recherches sur les applications spéciales sur les caractéristiques de divers matériaux fonctionnels et conçunDes technologies EW et de nouvelles structures ont été proposées, qui ont amélioré et amélioré les performances techniques complètes du transducteur, qui a permis un flux sans fin de résultats de recherche innovants sur le transducteur. L'auteur sélectionne quelques exemples de recherche typiques de transducteurs de lancement, analyse et résume les idées innovantes de ces travaux de recherche sous plusieurs angles différents, et espère fournir aux jeunes chercheurs avec certaines conseils et l'illumination, et explorer activement les aspects profonds des travaux de recherche classiques.

1. Innovation technique du transducteur acoustique sous-marin basé sur des matériaux fonctionnels

En 1915, Paul Langevin de France et d'autres ont utilisé un émetteur de condensateur et un récepteur de particules de carbone pour mener des expériences acoustiques sous-marines. Ces deux dispositifs de transmission et de réception devraient être des transducteurs acoustiques sous-marins primitifs; 1917～1918 Langevin Zhiwan a conçu et amélioré le transducteur de quartz. Son vibrateur est composé de plusieurs plaques de quartz piézoélectriques en sandwich entre deux plaques en acier épaisses. Cette structure est appelée transducteur de Langzhiwan. Étant donné que le quartz naturel ne peut pas répondre à la demande toujours croissante, il a été constaté que le sel de rochelle piézoélectrique synthétique soluble dans l'eau a un effet piézoélectrique plus fort que le quartz, mais son problème de stabilité limite la portée de l'application et la piézoélectricité est légèrement inférieure. Les cristaux de phosphate d'ammonium dihydrogène (ADP), en raison de leurs propriétés relativement stables, ont été largement utilisés pendant la Seconde Guerre mondiale. En 1920, l'effet magnétostrictif a été appliqué dans les transducteurs acoustiques sous-marins; En 1925, des transducteurs magnétostrictifs en nickel ont été conçus et appliqués; En 1931, l'étude approfondie des feuilles de nickel mince a conduit au développement rapide de transducteurs magnétostrictifs. Et les transducteurs cristallins piézoélectriques progressivement; En 1944, il a été découvert que la céramique de titanate de baryum a une forte piézoélectricité après la polarisation, et sa perte est beaucoup plus petite que celle des matériaux magnétostrictifs. Plus tard, les transducteurs de céramiques piézoélectriques de barium titanate qu'il s'est développé rapidement; La céramique de titanate de zirconate de plomb polarisé (PZT) découverte en 1954 a une piézoélectricité plus forte. À ce jour, les céramiques piézoélectriques PZT sont toujours les principaux matériaux fonctionnels des transducteurs acoustiques sous-marins.

Dans les années 1970, le Dr Clark AE aux États-Unis a développé le géant des terres rares Magnetostrictive Ternary Alliage Terfenol-D. Depuis les années 1990, les matériaux monocristallins ferroélectriques de relaxation PZN-PT et PMN avec des propriétés électriques à haute tension et une densité à haute énergie -PT ont été découvertes les unes après les autres, et de nouvelles percées ont été faites dans la recherche d'application de ces trois matériaux. Cette section se concentrera sur les résultats de recherche de ces nouveaux transducteurs de matériel fonctionnel.

⒈ une nouvelle génération de matériaux magnétostrictifs et leurs transducteurs

La nouvelle génération de matériaux magnétostrictive comprend des matériaux en alliage de terres rares et des matériaux en alliage métallique rares. L'effet magnétostrictif géant des matériaux d'alliage de terres rares a été découvert pour la première fois dans des conditions à basse température. La souche magnétostrictive la plus élevée du matériau TB0.6DY0.4 à 77K est de 0,65%, et la souche magnétostrictive la plus élevée de terfénol-D à température ambiante est de 0,25%. Il existe des documents montrant qu'un transducteur longitudinal à double piston magnétostrictif entraîné par une bobine supraconductrice a été développé. La tige magnétostrictive en alliage de terres rares (terbium-dysprosium) est placée dans une salle de climatisation (température 50-60k), et la tour de refroidissement est diffusée et refroidie par la tour de refroidissement du réfrigérateur. Dans la pièce, une bobine de matériau supraconductrice fournit un champ magnétique de biais CC et un champ magnétique d'excitation pour exciter la tige magnétostrictive pour générer des vibrations d'étirement et la transmettre à la surface rayonnante de type piston à travers la pièce de transition mécanique. La surface rayonnante de type piston pousse le milieu d'eau pour générer des ondes de pression pour le rayonnement. Une chambre à vide est conçue dans la structure pour isoler la conduction thermique. La paroi extérieure de la chambre à vide est une couverture résistante à la pression en forme de dôme, qui peut résister à une pression de 10 atmosphères. Les principaux paramètres techniques sont les suivants: la fréquence de résonance est de 430 Hz, le niveau maximal de la source sonore est de 181,4 dB et l'efficacité est d'environ 25%. Cettetransducteur hydrophone sous-marincomplique le processus de fabrication afin d'obtenir des conditions de travail à basse température. Ces dernières années, les gens sont prêts à utiliser le matériau terfenol-d qui fonctionne à température ambiante pour simplifier le processus de fabrication, tout en obtenant d'excellentes performances de rayonnement avec une nouvelle structure.

Il s'agit du transducteur de transmetteur octogone entraîné par le terfenol-d complété par le majordome égal à 1980. 16 tiges de terre rares sont disposées en deux couches, et 8 tiges de terre rares dans chaque couche sont connectées à une octogone à travers un bloc de transition en forme de coin et former un Circuit magnétique fermé, le bloc de transition est connecté à la surface rayonnante d'une partie du cylindre (près de l'angle central de 45 °), et la tige de terre rare est précontraint par des fils de contrainte à haute résistance entre les blocs de transition. La précontrainte interne de la tige de terre rare est d'environ 13,8 MPa, et la fréquence résonante du transducteur dans l'eau à 775 Hz, la conduite non linéaire sous l'état du champ magnétique du biais DC et la condition de champ impartiale ont été comparés, et le niveau de source sonore 189.8 dB dans la condition de champ magnétique du biais CC et 196,2 dB dans la condition d'entraînement non linéaire non biaisée ont été réalisées respectivement.