Conceptos básicos del transductor acústico submarino.

El 71% de la superficie de la tierra es el océano. El océano contiene abundantes recursos biológicos y minerales, que es el segundo espacio para la supervivencia y el desarrollo humano en el futuro. El sonar se usa para un dispositivo de detección subacuático, es un ayudante importante para el desarrollo humano del océano, y es una parte indispensable de la industria naval y de navegación civil. La función del dispositivo SONAR es escuchar la señal útil submarina y convertirla en una señal eléctrica para la visualización; o para generar una señal eléctrica y luego convertirlo en una señal acústica para propagarse en el medio de agua, y luego reflejarlo de nuevo y recibirlo después de encontrar el objetivo. Se convierte en una señal eléctrica para escuchar u observación, determinando así la orientación y la distancia del objeto de medición. En el proceso de conversión de esta señal electroacústica submarina, el equipo clave es elTransductor acústico subacuáticoo la matriz del transductor.

Aplicación deTransductor acústico subacuático

En el presente,Transductor acústico subacuáticoS han sido ampliamente utilizados en muchos campos, como la industria, la agricultura, la defensa nacional, el transporte y el médico. Aquí hay solo algunas de las solicitudes de detección subacuática:

(1) Solicitud en sondeo: para garantizar la seguridad de la navegación, el sondeo de sondeo debe instalarse para ambas buqueras de guerra y barcos civiles; Los recipientes de inspección de canales especiales están equipados con alta precisión y con sonido de profundidad con todas las funciones. Dependiendo de la profundidad del sonido, la frecuencia y la potencia del transductor de sondeo también son muy diferentes. La frecuencia varía de 10 kHz a 200 kHz, y la potencia varía de varios vatios a decenas de kilovatios. Entre ellos, se utilizan alta frecuencia y baja potencia para ríos interiores o mares poco profundos, y se utilizan baja frecuencia y alta potencia para profundidades oceánicas y profundas. Los requisitos para tales transductores son la estabilización del haz y la viga principal afilada.

(2) aplicación deTransductores piezoeléctricos bajo el aguaEn posicionamiento y rango: midiendo la velocidad de la nave al suelo, principalmente utilizando el sonar Doppler, cuatro transductores con el mismo rendimiento para organizar la dirección de los lados izquierdo y derecho perpendicular a la quilla. La frecuencia de operación general está entre 100 kHz y 500kHz.

(3) Aplicaciones en las encuestas marinas y la exploración estratigráfica submarina: las encuestas geológicas submarinas utilizan principalmente sonar de gran apertura de baja frecuencia. Sonar remolcado es la mayor variedad de matrices acústicas en el transportista activo de hoy con la distancia más larga. En la imagen bajo el agua, generalmente se usa sonar de alta frecuencia de vista lateral. Dos matrices lineales están dispuestas simétricamente a lo largo de la quilla en los lados izquierdo y derecho de la nave. Cada uno de ellos emite una viga direccional en forma de ventilador en el fondo del mar, y luego recibe ondas reflejadas del fondo marino. La intensidad de la onda de reflexión desigual es diferente, y las imágenes con diferentes brillo aparecen en la imagen mostrada. Debido a que la frecuencia de operación es una señal acústica más alta se atenúa más rápido, y el rango de la acción no está lejos. El rango de frecuencia de la prueba es ahora varias decenas de kilohertz a 500 mil. Es la clasificación deTransductor acústico subacuáticos.

Transductor ultrasónico submarino Se puede dividir en eléctricos, electromagnéticos, magnetostrictivos, electrostáticos, piezoeléctricos y electrocrostrictivos de acuerdo con diferentes principios de conversión de energía electromecánica. Por ejemplo, las cerámicas piezoeléctricas desarrolladas a mediados del siglo son piezoeléctricas después del tratamiento de polarización de CC de alto voltaje. Por lo tanto, se llama material electrostrictivo y es la corriente principal de los transductores piezoeléctricos de hoy, especialmente en los transductores ultrasónicos. El campo tiene una gama extremadamente amplia de usos. losTransductor acústico subacuáticoSe puede dividir en las siguientes categorías de acuerdo con diferentes modos de vibración:

(1) Transductor de vibración longitudinal: su dirección de vibración es paralela a la dirección longitudinal. La onda de estrés se propaga en la longitud del transductor, y su frecuencia fundamental resonante depende de la longitud y es el tipo más utilizado en sistemas sonar.

(2) Transductor cilíndrico: se usa un tubo cerámico piezoeléctrico (o anillo) para montar la longitud deseada a través de una estructura mecánica adecuada. Se puede hacer en un transductor horizontal con la no direccionalidad horizontal y el control de la directividad vertical. Es un tipo de sistema de sonar que es segundo solo para el transductor longitudinal. También es un hidrófono estándar comúnmente utilizado en metrología hidroacústica. Y una de las selecciones de transmisores estándar.

(3) Transductor de vibración de flexión: el transductor de vibración de doblado tiene las ventajas del tamaño pequeño y el peso ligero a bajas frecuencias (en comparación con los transductores del mismo material activo a la misma frecuencia), y la forma de vibración tiene vigas curvas, discos curvos, curvados. Placas, etc.

(4) Transductores de extensión de flexión: los transductores de extensión de flexión son generalmente transductores compuestos que combinan dos modos de vibración. Por ejemplo, una barra de vibración estirable longitudinalmente y un tipo diferente de carcasa curvada se combinan en una pluralidad de tipos de transductores de extensión curvada, y se puede combinar un componente activo de vibración radial plana circular con una carcasa curvada en forma de tazón para formar un tipo II Extensión de flexión.

(5) Transductor esférico: el transductor esférico hecho por la vibración respiratoria de la carcasa esférica de cerámica piezoeléctrica hueca tiene la ventaja de la buena simetría espacial. Se usa comúnmente como una fuente de hidrofono de punto.

(6) Transductor de vibración de cizallamiento: la vibración de corte en la que la dirección de la vibración y la dirección de la polarización son paralelas y la dirección del campo eléctrico de conducción es perpendicular a la dirección de la vibración puede cumplir con ciertos requisitos de uso especial. Esta es la forma de un transductor submarino de 1 MH, como un cálculo dental.

3. Parámetros principales deTransductor acústico subacuático

Los principales indicadores de rendimiento deTransductor acústico subacuáticoson la frecuencia de trabajo submarina, el rango de frecuencia de operación, el ancho de banda de frecuencia, el nivel de fuente de sonido de emisión (alimentación acústica) y la respuesta de emisión, la directividad, la sensibilidad de recibir y reciben la respuesta de la sensibilidad, la eficiencia de la emisión, el factor de calidad, la impedancia, la máxima profundidad de trabajo, el tamaño y el peso.

1) Frecuencia de trabajo

La frecuencia de operación o el rango de frecuencia de operación de un transductor hidroacústico se determina típicamente mediante la frecuencia de operación del dispositivo de sonar. La impedancia, la directividad, la sensibilidad, la potencia de transmisión, el tamaño, etc. El transductor son todas funciones de frecuencia. En general, el transductor de transmisión se calcula para su índice de rendimiento en la banda de frecuencia limitada alrededor de la frecuencia resonante o cerca de la frecuencia de resonantes, con la máxima eficiencia de emisión en y cerca de esta frecuencia. Para un transductor de recepción de banda ancha, la frecuencia resonante del transductor piezoeléctrico debe ser mucho más alta que el límite superior de la banda de recepción para garantizar una respuesta de recepción plana dentro de la banda ancha y para calcular su respuesta de recepción a la frecuencia de resonancia y a continuación. Los transductores de sonar de frecuencia varían en frecuencia de decenas de Hz a varios kilohertz, mientras que los transductores de sonar de detección de objetivos pequeños van desde decenas de kilohercios a cientos de kilohertz.

(2) Directiva

Ya sea un transductor o una matriz de transductores, su respuesta de transmisión o su respuesta de recepción cambiará con respecto a su dirección. Aquí es donde el transductor es direccional, y las ondas de sonido emitidas por el transductor de transmisión son las mismas que las emitidas por el reflector. Dado que el transductor tiene la directividad, puede concentrar la energía sólida a una posición determinada para hacer que la energía sea más concentrada. Se utiliza una gran cantidad de transductores para formar una matriz más grande. La directividad es más afilada a la misma frecuencia, la energía está más concentrada, y la distancia de transmisión es más lejana. La relación señal-ruido es mayor y la distancia es más larga en el estado receptor. Son características de impedancia (o admisión).

El transductor se puede ver como un simple circuito equivalente en paralelo a la serie cerca de la frecuencia resonante. Cada resistencia, condensador o inductor en el circuito representa las características inherentes del transductor, que es la característica de impedancia (o admisión) del transductor. Las características de impedancia del transductor se dominan para que coincidan con el circuito de entrada del bucle final o receptor del transmisor. La impedancia (o admisión) de un transductor es un número complejo que es una función de la frecuencia y generalmente se puede expresar como: Z (W) = R (W) + JX (W) (en ohmios) .in la resonancia mecánica, El varistor dinámico tiende a cero, y la reactancia capacitiva estática se puede sintonizar con un inductor de coincidencia. Esto puede ser considerado como una resistencia pura. La impedancia eléctrica del transductor piezoeléctrico está típicamente en el rango de decenas de ohmios a miles de ohmios.

(4) transmitir energía

La función del buscador de rango submarino es convertir la potencia eléctrica del transmisor electrónico en potencia mecánica de la vibración mecánica, y luego convertir la potencia mecánica en la potencia acústica para la transmisión. La potencia de sonido transmitida se refiere a la cantidad física del transductor que irradia energía en el medio por unidad de tiempo. La unidad de poder se expresa en vatios. La potencia de transmisión del transductor está limitada por factores tales como el voltaje nominal (o la corriente), la resistencia mecánica dinámica, la temperatura y las características dieléctricas.

(5) Lanzar respuesta

La capacidad de reflejar plenamente el rendimiento del transductor de transmisión es la respuesta de emisión, principalmente la respuesta de voltaje de emisión y la respuesta actual de emisión. La definición de la respuesta de voltaje de emisión SV es la relación de la presión de sonido aparente de campo libre generada por el transductor de transmisión a una distancia de D0 M de su centro acústico efectivo en la dirección especificada y el voltaje U aplicado a la entrada del transductor : Sv = pfd0 / u. La respuesta de voltaje de emisión generalmente se expresa en decibelios.

La respuesta de la corriente de emisión es la relación de la presión de sonido aparente de campo libre generada por el transductor de transmisión a una distancia de D0 M de su centro acústico efectivo en la dirección especificada y la corriente que aplicé a la entrada del transductor: SI = PF d0 / i. La respuesta de voltaje de emisión generalmente se expresa en decibelios.

(6) recibir sensibilidad

La sensibilidad de voltaje de campo del transductor se refiere al punto en el que el voltaje central abierto del transductor receptor U (W) está en la salida y el centro del sonido en el campo libre (suponiendo que el transductor de recepción no esté presente). La proporción de presión de sonido PF (W) es M (W). Para recibir transductores, es deseable recibir señales acústicas incidentes a través de una amplia gama de frecuencias, mientras que los transductores piezoeléctricos suelen operar sobre un amplio rango de frecuencia por debajo de la frecuencia resonante.

(7) fluctuación de la sensibilidad de recibir

Los transductores de recepción de banda ancha requieren una respuesta de recepción relativamente plana sobre el rango de frecuencia utilizado. Por lo general, se especifica que la fluctuación de sensibilidad de voltaje que recibe es ± 1.5dB en la banda de frecuencia de operación.