Nouveaux développements Céramiques piézores utilisées dans les transducteurs de sonar sous-marin

Le transducteur est une partie importante du sonar. Du point de vue de l'histoire de l'hydroacoustique, chaque étape du développement de l'acoustique sous-marine est inséparable du développement de la technologie des transducteurs. Étant donné que les transducteurs hydroacoustiques jouent un rôle clé dans l'ingénierie acoustique sous-marine, de nombreux pays développés ont énormément investi dans la recherche. De l'histoire du développement de l'équipement acoustique sous-marin, depuis le début de la Première Guerre mondiale, le transducteur de type Langevin consistant encristaux de céramique piézoélectriqueet les masses métalliques ont été utilisées. Après de nombreux remplacements de produits, les transducteurs ont été utilisés. Les performances ont été considérablement améliorées. Au cours des deux ou trois dernières décennies, en raison de la demande militaire, du développement rapide de la science et de la technologie, du développement continu et de l'application de nouveaux matériaux de transducteur et de l'application de l'analyse des éléments piézo finis dans la conception des transducteurs, la recherche sur les transducteurs. Sur la base de la théorie classique et des méthodes analytiques, de nombreux nouveaux concepts et méthodes ont émergé. Le transducteur acoustique sous-marin fait face à une nouvelle série de remplacement du produit. Transducteur dilué magnétostrictif géant, transducteur en céramique piézo-piézo-piézétique, hydrophone vectoriel, transducteur composite piézoélectrique, hydrophone PVDF à grande surface à basse fréquence, hydrophone de la fibre optique, etc. Il représente les derniers développements dans la recherche transductrice. De cet aspect, cet article attend avec impatience les derniers développements des transducteurs de sonar sous-marine.

transducteur magnétostrictif géant

Dans les années 1970, Ae Clark a découvert que les alliages de terres rares ont des propriétés super magnétostrictives. Ces souches maximales causées par des effets magnétostrictive sont 6 à 20 fois plus importants que ceux detransducteur de tube piézoélectriqueUtilisé dans les transducteurs acoustiques sous-marins, et la densité d'énergie est d'environ 10 à 20 fois, et la vitesse sonore n'est que de 2/3 à 3/4 de la céramique piézoélectrique, et la comparaison des performances entre le matériau rare Terfenol2d et le matériau piézoélectrique conventionnel PZT-8 et Nickel sont donnés. Par conséquent, dans les mêmes conditions de volume, le transducteur hydroacoustique terfenol2d a une fréquence de résonance de 2/3 à 3/4 inférieure à la fréquence résonante du transducteur hydroacoustique en céramique piézoélectrique. Étant donné que le transducteur fait de matériau magnétostrictif géant des terres rares terfenol2d a les caractéristiques d'une grande puissance de transmission, d'un petit volume, d'un environnement léger et à haute température, il est obtenu dans le développement d'un transducteur acoustique à haute puissance à basse fréquence à basse fréquence. Attention et application adéquates. Dans les années 1980, les pays développés ont développé divers transducteurs de terres rares et les ont appliqués au domaine militaire. La Suède a développé avec succès des transducteurs de terres rares incurvées avec une puissance sonore de 151 kW pour le remontage des mines. La Chine a commencé la recherche dans les années 1990, mais elle a fait des progrès rapides. Ils ont développé avec succès des transducteurs de flexion des terres rares, des transducteurs incrustés de terres rares et des transducteurs de terres rares composites longitudinales, etc. Les principales caractéristiques des matériaux terfenol2d sont (1) les matériaux cassants et l'usinage difficile. (2) Étant donné que les matériaux de terres rares ne sont pas seulement un matériau conducteur magnétique mais aussi un matériau conducteur, lorsque le champ magnétique externe change, le transducteur de terres rares. Par rapport aux transducteurs en céramique piézoélectrique, les transducteurs magnétostrictifs géants doivent résoudre des problèmes tels que le biais magnétique, la précontrainte, la perte de courant de Foucault et la compensation en eau profonde. À l'heure actuelle, il existe des solutions à ces lacunes. Dans le but de résoudre le problème du matériau fragile et de la perte de courant de tourbillon, il est étudié le matériau magnétostrictif géant GMPC, le terfénol 2d en poudre, a mélangé les matériaux de liaison et pressé et formé par la métallurgie en poudre. Pour la conception de transducteurs magnétostrictifs géants, il s'agit d'une solution avantageuse pour utiliser pleinement sa grande déformation et sa densité d'énergie élevée comme source d'excitation du transducteur flexible. Il peut être utilisé pour effectuer une variété de faible fréquence, de petit volume et de conversion élevée. La sélection correcte du biais magnétique, de la pré-stress et des techniques d'application des matériaux magnétostrictifs géants de la Terre rare a un grand impact sur les performances du transducteur. Généralement, le biais magnétique est sélectionné à 1/3 de la valeur de saturation magnétostrictive, et la pré-stress est sélectionnée de 7 MPa à 10 MPa pour obtenir une grande puissance de sortie.

Hydrophone à fibre optique

La technologie d'hydrophone à fibre optique a commencé dans le laboratoire naval américain à la fin des années 1970. L'hydrophone à fibre optique présente les avantages d'une sensibilité élevée, d'une forte capacité d'interférence anti-électromagnétique, d'une grande gamme dynamique, d'une petite taille et d'un poids légerHémisphère piézoélectrique PZT4. Par conséquent, la technologie était très appréciée dès sa naissance, et elle a été considérée comme l'une des technologies clés de la défense nationale. Après plus de 20 ans de développement, la technologie des hydrophones à fibre optique a fait de grands progrès dans les pays développés et divers hydrophones à fibre optique ont été introduits. Ils ont terminé le système de surveillance du son sous-marin en tout-aliment, le réseau de lignes remorqués, le tableau conforme sous-marin, etc. En particulier, le développement réussi de lasers à l'état solide a ouvert un vaste monde d'applications pour les fibres optiques. La technologie d'hydrophone à fibre optique a également un bon départ. Les performances du prototype d'unité ont été proches ou atteintes du niveau international, et la recherche en technologie de la gamme d'hydrophone à fibre optique a été effectuée. La pénétration de la recherche sur le sonar sur la technologie laser ouvrira sans aucun doute une nouvelle page dans la recherche sur sonar. Toutes sortes d'hydrophones à fibre optique sont conçues en fonction de l'effet de l'onde sonore pour faire la modulation de phase ou la modulation d'intensité de la lumière de la fibre. La fibre est divisée en fibre multimode et fibre à mode unique. L'hydrophone à fibre optique est principalement en fibre de mode unique. Type d'interféromètre et type de modulation d'intensité lumineuse. Sous l'action de la pression saine, la contrainte est générée dans le cœur de la fibre optique pour provoquer des changements dans l'indice de réfraction et la longueur. Ces deux changements provoquent une modulation de phase du laser se propageant dans la fibre optique. L'hydrophone de fibre optique de type interféromètre consiste à utiliser la fibre affectée par le champ sonore comme fibre sensible, et l'autre est séparée du champ sonore. La fibre avec une différence de phase fixe est utilisée comme fibre de référence, qui est placée sur les bras de l'interféromètre, et le convertisseur photoélectrique. Après la synthèse, l'interférence est formée à la surface du photomultiplicateur reçu et des informations acoustiques sont détectées. Parce que la longueur d'onde de la lumière est très petite, la légère déformation du signal causée par la pression acoustique n'est pas un petit changement par rapport à la longueur d'onde de la lumière, et provoque ainsi un grand changement de l'intensité de la lumière de sortie, donc la sensibilité de la sensibilité de L'hydrophone de type d'interférence de fibre est particulièrement élevé. Les performances techniques obtenues par l'hydrophone à fibre optique de l'interféromètre de fibre sont les suivantes: Réception de la tension: - - 140 dB (0 dB = 1V / μPA) Sensibilité à la phase: 2. 56 × 10 - 8 RAD / μPA. Réponse de fréquence: 16Hz ~ 10KHz (ondulation ≤ 3DB) Dirificationalité: omnidirectionnel (ondulation ≤ 2. 5 dB) Parmi tous les hydrophones de type d'intensité, l'hydrophone de type grille est un nouveau détecteur acoustique sous-marin éprouvé et efficace.

La sortie est exprimée comme une modulation d'intensité directe du champ sonore incident. Son principal principe de travail est de provoquer le déplacement relatif des deux réseaux entre la source lumineuse constante et le récepteur lumineux sous l'action du champ sonore, et l'intensité de réception est fonction du déplacement relatif des deux réseaux, de sorte que le Le champ sonore peut être transformé. Pour une modulation d'intensité. L'hydrophone de réseau lui-même se compose essentiellement de deux guides d'ondes optiques (ou fibres) alignés axialement alignés avec un petit écart et les ouvertures dans l'espace qui contrôlent la transmittance fournissent la modulation d'intensité requise. L'hydrophone offre tous les avantages d'un dispositif de modulation d'intensité directe et est peu coûteux. La méthode de réseau peut atteindre une sensibilité relativement élevée, et l'appareil est simple à fabriquer, sans aucune technologie optique avancée, et a une plage dynamique allant jusqu'à 160 dB, et a la capacité de détecter un déplacement causé par un son inférieur à 0,01 A . De plus, en raison du choix flexible de la densité de réseau, du décalage, de la puissance optique et de la structure d'hydrophone, il y a plus de flexibilité dans la conception de la sensibilité, de la plage dynamique, de la taille et de la plage de fréquences de fonctionnement. Pour les hydrophones à fibre optique, le bruit de tir provoqué par les fluctuations de courant sur la photodiode est sa principale source de bruit et est souvent appelée limite de bruit théorique. De plus, l'alignement du faisceau, l'isolement du faisceau de référence et l'isolement des vibrations de la source ont un impact direct sur les performances. Le plus grand inconvénient des hydrophones à fibre optique est le grand effet de température.