Nouveau type de transducteur acoustique sous-marin et de nouvelles technologies de transducteur

Les ondes acoustiques sont le seul porteur des humains qui peut transmettre des informations et de l'énergie sur de longues distances dans le vaste océan. Sur le terrain, les gens utilisent des ondes électromagnétiques pour développer des radars. De même, les gens utilisent des ondes acoustiques comme transporteurs d'information pour développer des cibles sous-marines pour la détection et l'équipement électronique pour le positionnement, l'identification et le sonar de la communication. Face au vaste océan, les épaules du sonar une mission importante qui atteignent tous les coins du vaste océan, identifient diverses choses en elle, qui racontent aux gens le vrai visage du monde sous-marin et aident les gens à explorer les mystères de l'océan, afin de Devenez la navigation de communication sous-marine, les pêches aquatiques, le développement des ressources marines, la géologie marine et l'exploration de la géomorphologie, la raison pour laquelle les ondes sonores deviennent le meilleur porte-informations sous-marines est que dans les milieux d'eau, les ondes sonores ont le plus petit coefficient d'atténuation par rapport aux autres champs physiques tels que l'électromagnétique ondes, et peut être transmise sur de longues distances. Cet avantage fait du sonar en utilisant des ondes ultrasoniques pour observer sous l'eau depuis le début. L'objectif commence et continue de se développer. À l'heure actuelle, la bande de fréquence de travail du sonar a été étendue à une large gamme. Le sonar actif a été étendu de dizaines de Hz à des dizaines de MHz, et l'extrémité basse fréquence du sonar passive a été étendue à la plage d'infrasons. Dans une bande de fréquence aussi large, selon les réglementations, l'appareil important qui stimule et génère des ondes sonores sous forme de signaux et de sens et reçoit des ondes sonores dans l'eau sans distorsion est appelée transducteur de sonar ou réseau de sonar. Ces appareils sont l'équipement frontal du système de sonar, ainsi que le \"Window \" pour que le système de sonar interagisse avec le milieu d'eau et échange des informations, et sont les \"réaliseurs \" des fonctions du système sonar, Pour les transducteurs de sonar ou les réseaux de sonar, il est très bien appelé les \"les yeux et les oreilles \" du système de sonar. Avec l'expansion continue du domaine de l'application de la technologie sonar et la demande toujours croissante de confrontation et de combat militaires, de nouveaux principes, de nouvelles technologies et de nouveaux équipements de sonar ont émergé les uns après les autres, l'un après l'autre. Les exigences de développement de la nouvelle technologie de sonar ont motivé le développement rapide de la technologie des transducteurs, et les mêmes percées technologiques dans le domaine des transducteurs et le développement de nouveaux matériaux, de nouveaux mécanismes et de nouvelles structures deTransducteurs acoustiques sous-marinsont également fait le système de sonar \"rafraîchissant \". Voici un bref aperçu de l'état de développement de la technologie des transducteurs ces dernières années sur la base des informations de l'auteur et du niveau de compréhension limité. Il comprend principalement de nouveaux transducteurs hydroacoustiques de matériaux, une nouvelle structure et un nouveau transducteur hydroacoustique, un nouveau type d'hydrophone, une technologie de transducteur à large bande, etc.

2 nouveaux transducteurs acoustiques sous-marins

Le transducteur est un appareil qui réalise la conversion d'énergie dans le système de sonar. Dans le transducteur, il existe un matériau spécial qui a la capacité de convertir l'énergie. Ce matériau est appelé matériau fonctionnel. Les matériaux fonctionnels utilisés pour fabriquer des transducteurs comprennent principalement des matériaux piézoélectriques (tels que les cristaux piézoélectriques, la céramique piézoélectrique, les polymères piézoélectriques, etc.) et les matériaux magnétostrictifs (tels que le nickel, le cobalt, les alliages en nickel-fer, les ferrites, les alliés de fer rares, etc. ) Etc.), ils utilisent l'effet piézoélectrique et l'effet magnétostrictif pour réaliser la conversion mutuelle entre l'énergie du champ électrique ou l'énergie du champ magnétique et l'énergie mécanique. La percée de la technologie des transducteurs est fondamentalement déterminée par la percée technologique des matériaux fonctionnels. Ces dernières années, diverses réalisations techniques dans le domaine des matériaux fonctionnels ont également apporté Dawn au développement de la technologie des transducteurs. Le médecin a découvert que les matériaux de terres rares de lanthanure ont des propriétés magnétostrictives incroyables, mais ils n'ont pas été utilisés dans la pratique parce que le point Curie est inférieur à la température ambiante. Plus tard, il a été découvert que les alliages binaires, ternaires ou quateraires composés d'éléments de terre rares et de fer ont également des propriétés magnétostrictives géantes à température ambiante. L'alliage de terre rare le plus représentatif est le terfenol-d (la composition est TB0.27DY0.73FE1). 95), il est devenu un nouveau type de matériau fonctionnel qui a attiré beaucoup l'attention depuis les années 1980. Relaxation ferroélectrique à cristal monocristallisé magnésium de niobate de niobate (PMN-PT) et titanate de niobate de zinc en zinc (appelé PZN-PT) sont de nouveaux types de matériaux de cristal de pérovskite composites, et ils émergent également une classe de nouveaux matériaux fonctionnels avec d'excellentes perspectives d'application. Avant cela, le nickel était couramment utilisé comme matériau pour les transducteurs. En 1917, le scientifique français Langevin a fait un transducteur de sonar avec un cristal de quartz, établissant un précédent pour l'application de matériaux piézoélectriques dans le sonar dans les années 1940, les céramiques PZT BATIO3 avec de fortes propriétés piézoélectriques ont été développées avec succès et ont été largement utilisées dans les systèmes de sonar. Les céramiques piézoélectriques PZT développées dans les années 1950 ont une large plage de température de fonctionnement et d'excellentes propriétés électromécaniques. L'efficacité de conversion compense l'insuffisance des céramiques BA TiO3 et est devenue autrefois le matériau de choix pour les transducteurs acoustiques sous-marins. Parmi eux, le matériau en céramique piézoélectrique à haute densité d'énergie est PZT-8. Une comparaison simple des matériaux ci-dessus: Terfenol-D, PMN-PT, PZN-PT peut produire une souche environ 5 fois celle de PZT-8 et 50 fois celle du nickel; Les constantes piézoélectriques de PMN-PT et PZN-PT sont D33. Il est 6 à 8 fois celui du matériau PZT-8. L'utilisation de ces matériaux PZT pour développer de nouveaux transducteurs acoustiques sous-marins est l'un des sujets chauds actuels.

Matériau magnétostrictif detransducteur acoustique sous-marineest rare, quel matériau magnétostrictif géant de la Terre utilise un effet magnétostrictif pour réaliser la conversion mutuelle entre l'énergie du champ magnétique et l'énergie mécanique, et est principalement utilisé pour développer des transducteurs à émissions acoustiques à faible fréquence et à haute puissance sous-marine. Il s'agit d'une sorte de structure \"complexe \" du transducteur hydroacoustique magnétostrictif à haute température à haute température. Du point de vue de la structure du transducteur, sa structure est très simple. Il s'agit d'un transducteur longitudinal à double radiateur ordinaire. Le SO - appelé \"complexe \" fait ici référence à sa riche connotation physique. La puissance magnétostrictive des matériaux d'alliage de terres rares à basse température est supérieure à celle à température ambiante. Par exemple, la souche magnétostrictive maximale de TB0. 6DY0. 4 à 77k, la température est de 0,65%, tandis que le terfénol - D est à température ambiante. La souche magnétostrictive la plus élevée est de 0,25%. Développé un TB0. 6DY0. 4 Matériau Transducteur hydroacoustique magnétostrictif avec une plage de température de 50 à 60 km: La rare - Matière en forme d'alliage terrestre est placée dans la salle de conditionnement de l'air, et la tour de refroidissement du réfrigérateur est refroidie cycliquement, et la salle de conditionnement de l'air est fourni par une bobine de matériau supraconductrice. The bias magnetic field and the excitation magnetic field excite the magnetostrictive rod to produce stretching vibration , which is transmitted to the piston - type radiating surface through the mechanical transition piece , and the piston - type radiating surface pushes the water medium to generate pressure wave radiation . 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 pression en forme de dôme, qui peut résister à une pression de 10 atmosphères. Les principaux paramètres techniques sont les suivants: Fréquence de résonance 430 Hz, niveau de source sonore maximale 181. 4DB, l'efficacité est d'environ 25%. Le processus de fabrication de ce type de transducteur est compliqué. Ces dernières années, les gens sont toujours prêts à utiliser du matériau terfénol - D qui fonctionne à température ambiante, à abandonner une certaine déformation magnétostrictive et à la remplacer par une nouvelle structure pour obtenir d'excellentes performances de rayonnement. Ce qui suit est une brève introduction aux progrès de la recherche de plusieurs matériaux magnétostrictifs structurels dans les transducteurs acoustiques sous-marins. Le transducteur longitudinal a une structure simple. La tige magnétostrictive est combinée avec la masse de tête et de queue rayonnante avant pour former un système de vibration dimensionnel similaire. La tête rayonnante avant est généralement faite de matériaux légers, et la masse de queue est généralement faite de matériaux denses pour obtenir une surface rayonnante. Sortir un plus grand déplacement des vibrations. Deux transducteurs longitudinaux développés avec des matériaux de terfénol - D sont introduits. L'un est un transducteur longitudinal général avec une fréquence de résonance de 1200 Hz, une puissance sonore de 3 kW et un poids de transducteur de 60 kg; L'autre est la tige de terre rare aux deux extrémités.

Relaxation Ferroélectrique Matière Transducteur acoustique sous-marin

Les matériaux ferroélectriques relaxor sont une sorte de matériaux fonctionnels potentiels, qui peuvent être divisés en types de céramique électrostrictive et des types monocristaux ferroélectriques relaxor. Le processus de fabrication des monocristaux ferroélectriques relaxants est beaucoup plus compliqué que celui des matériaux en céramique électrostrictive. Les chercheurs ont utilisé ces matériaux pour fabriquer de nombreux types de transducteurs, tels que les transducteurs de flexion, les transducteurs longitudinaux, etc. La technologie de fabrication du transducteur de ce type de matériau est plus compliquée et il est nécessaire d'ajouter un champ électrique de biais CC, d'appliquer la pré-prédiction et de contrôler la température du processus. L'utilisation de la cérate électrostrictive du titanate de titanate de niobate de niobate de plomb ( Les résultats de la recherche montrent que le transducteur développé n'a pas maximisé le potentiel du matériau. Ce travail sera toujours l'un des points chauds qui doivent être explorés dans le domaine des transducteurs acoustiques sous-marins pendant un certain temps. En utilisant un matériau monocristallé ferroélectrique de relaxor PMN-PT pour étudier 64 canaux de sonde à ultrasons de 3,5 MHz, utilisé dans un équipement d'imagerie à ultrasons de couleur B-Ultrasound et Doppler médical, suggérant que le mon monimental ferroélectrique relaxor dans un sonar à haute fréquence d'image.

Film polymère piézoélectrique de transducteur acoustique sous-marin sphériquePeut être transformé en une membrane flexible, et le transducteur peut être conçu en n'importe quelle forme lors de la fabrication du transducteur, et l'impédance acoustique du matériau est faible, et il est facile d'atteindre l'impédance avec l'eau et d'autres milieux liquides et tissus biologiques. L'appariement, souvent utilisé pour fabriquer des hydrophones standard à haute fréquence, des transducteurs à haute fréquence, des transducteurs à ultrasons médicaux, des réseaux conformes et des réseaux de transducteurs composites diversifiés, le polymère piézoélectrique couramment utilisé pour fabriquer des transducteurs est principalement du polyvinylidène fluorure (PVDF). À l'heure actuelle, le film de matériau en polymère piézoélectrique plus accrocheur EMFI (abréviation de Electro MechanicalFil), est une sorte de film flexible en mousse de polypropylène, sa constante piézoélectrique est environ 10 fois celle du PVDF, qui peut être utilisée pour fabriquer des transdducteurs à haute sensibilité . La structure du transducteur à film mince EMFI a un diamètre de surface de réception de 35 mm, et la sensibilité à la réception du transducteur est supérieure à -190 dB (la valeur de référence est 1V / μPA). Ce type de transducteur peut également être utilisé dans l'air pour recevoir ou émettre des ondes sonores.

Introduction de la nouvelle structure du transducteur acoustique sous-marin et divers mécanismes de transduction. Les matériaux fonctionnels sont importants dans le transducteur, mais ils doivent être joués par une structure appropriée. Par conséquent, la conception structurelle du transducteur semble être particulièrement important dans le développement de la technologie du transducteur. important. Selon différents champs d'application et diverses exigences techniques, ou selon les caractéristiques de différents mécanismes de transduction et matériaux fonctionnels, divers types de transducteurs en sont sortis l'un après l'autre, dont beaucoup combinent des technologies multidisciplinaires pour briser conjointement des difficultés techniques au sol vers répondre à quelques exigences techniques spéciales. Le transducteur hydroacoustique magnétostrictif à haute température à haute température est un exemple typique. Dans le contenu précédent de cet article et les types de transducteurs à introduire plus tard, beaucoup sont également de nouvelles structures et de nouveaux mécanismes de transducteurs acoustiques sous-marins. Afin de ne pas répéter, cette section ne cite que deux autres exemples de conception de nouvelles structures.

Le transducteur de type cymbale (cymbale) est une sorte de nouveau transducteur de structure similaire au transducteur flxtension. Chaque transducteur de type cymbale se compose d'une paire de disque en céramique piézoélectrique PZT et un le capuchon métallique est lié ensemble. Le disque en céramique PZT PIEZOELLECTRIQUE applique une tension alternative pour générer des vibrations radiales pour exciter le capuchon métallique pour les vibrations de flexion, et le capuchon métallique surélevé du transducteur produit des vibrations alternatives de \"Expansion-shrinkage \". Ondes sonores du rayonnement. Lorsque la même onde de pression alternée agit sur le capuchon métallique, la pression sera transmise au disque céramique piézoélectrique PZT et la tension alternée est sortie aux deux pôles du disque céramique, qui est utilisé comme transducteur de réception. La fréquence résonante du transducteur de type cymbale dans l'eau est de 16,1 kHz et la réponse de tension d'émission est de 130 dB (la valeur de référence est de 1 μPa / V, à 1 m). La figure 5 montre également la photo de la matrice à 9 éléments composée de ce type de transducteur. . Dans le transducteur piézoélectrique à basse fréquence de type basse fréquence, la céramique piézoélectrique est traitée en forme de ressort de bobine (comme le montre la figure 6), letransducteur en céramique piézoélectriqueest polarisé dans la direction tangentielle, puis une paire d'électrodes d'excitation est construite. La section neutre sans électrodes au milieu est séparée pour former une paire d'électrode à anneau externe 1 et une paire d'électrodes à anneau intérieure 2 (voir le schéma agrandi d'un petit fragment sur la figure 6). De cette façon, la tension d'excitation V est appliquée à la paire d'électrodes, la partie de la céramique piézoélectrique contrôlée par la paire d'électrode annulaire externe et la paire d'électrodes annuelles produira des vibrations opposées (extension ou contraction), et le mouvement d'expansion et de contraction du système à ressort entraînera la surface de travail du piston pour vibrer l'énergie sonore. En raison de la faible rigidité de cette structure, il a une fréquence de résonance faible et peut être utilisé comme transducteur de transmission à basse fréquence. Lorsqu'il est utilisé comme récepteur, il a également une sensibilité élevée dans les bandes basse fréquence. À partir de l'équation piézoélectrique, la relation de conversion électromécanique de ce type de transducteur a été obtenue et certains travaux de recherche exploratoires ont été effectués.

Introduction à divers mécanismes de conversion d'énergie dans les transducteurs acoustiques sous-marins du point de vue de la conversion d'énergie, les transducteurs peuvent être principalement divisés en transducteurs piézoélectriques qui utilisent l'effet piézoélectrique pour atteindre la conversion d'énergie et les aimants qui utilisent un effet magnétostrictif pour atteindre la conversion d'énergie. Transducteurs rétractables, les transducteurs impliqués dans le contenu précédent appartiennent à ces deux types.