Nuevo tipo de transductor acústico submarino y nueva tecnología de transductor

Las ondas acústicas son el único portador que tienen los humanos que pueden transmitir información y energía a largas distancias en el vasto océano. En la tierra, las personas usan ondas electromagnéticas para desarrollar radares. Del mismo modo, las personas usan ondas acústicas como portadores de información para desarrollar objetivos submarinos para la detección y equipos electrónicos para posicionamiento, identificación y comunicación-eNAR. Frente al vasto océano, el sonar asume una misión importante que llega a todos los rincones del vasto océano, identifica varias cosas en él, que le dicen a la gente la verdadera cara del mundo submarino y ayudan a las personas a explorar los misterios del océano, con el fin de Convertirse en la navegación de la comunicación submarina, la pesca acuática, el desarrollo de recursos marinos, la geología marina y la exploración de la geomorfología, la razón por la cual las ondas sonoras se convierten en la mejor portadora de información submarina es que en los medios de agua, las ondas de sonido tienen el coeficiente de atenuación más pequeño en comparación con otros campos físicos como electromagnéticos como electromagnéticos como electromagnéticos como electromagnéticos como electromagnéticos como ondas y se pueden transmitir a largas distancias. Esta ventaja hace que el sonar usando ondas ultrasónicas para observar bajo el agua desde el principio. El objetivo comienza y continúa desarrollándose. En la actualidad, la banda de frecuencia de trabajo de sonar se ha extendido a una amplia gama. El sonar activo se ha extendido desde decenas de Hz hasta decenas de MHz, y el extremo de baja frecuencia del sonar pasivo se ha extendido al rango de infrason. En una banda de frecuencia tan amplia, según las regulaciones, el dispositivo importante que estimula y genera ondas de sonido en forma de señales y sentidos y recibe ondas de sonido en agua sin distorsión se llama transductor o matriz de sonar. Estos dispositivos son el equipo frontal del sistema de sonar, así como la \"ventana\" para que el sistema de sonar interactúe con el medio acuático e intercambie información, y son los \"realizadores\" de las funciones del sistema de sonar, Para los transductores de sonar o las matrices de sonar, se conoce vívidamente como los \"ojos y oídos\" del sistema de sonar. Con la continua expansión del campo de aplicación de la tecnología de sonar y la demanda cada vez mayor de confrontación militar y combate, nuevos principios, nuevas tecnologías y nuevos equipos de sonar han surgido uno tras otro, uno tras otro. Los requisitos de desarrollo de la nueva tecnología de sonar han impulsado el rápido desarrollo de la tecnología de transductores y los mismos avances tecnológicos en el campo de los transductores y el desarrollo de nuevos materiales, nuevos mecanismos y nuevas estructuras detransductores acústicos submarinosTambién han hecho el sistema de sonar \"refrescante\". Aquí hay una breve descripción general del estado de desarrollo de la tecnología de transductor en los últimos años basada en la información que tiene el autor y el nivel limitado de comprensión. Incluye principalmente un nuevo transductor hidroacústico de material, nueva estructura y nuevo transductor hidroacústico de mecanismo, nuevo tipo de hidrófono, tecnología de transductores de banda ancha, etc.

2 material nuevo transductor acústico submarino

El transductor es un dispositivo que realiza la conversión de energía en el sistema de sonar. En el transductor, hay un material especial que tiene la capacidad de convertir energía. Este material se llama material funcional. Los materiales funcionales utilizados para hacer transductores incluyen principalmente materiales piezoeléctricos (como cristales piezoeléctricos, cerámica piezoeléctrica, polímeros piezoeléctricos, etc.) y materiales magnetostrictivos (como níquel, cobalto, aleaciones de hierro de níquel, ferritas, aleaciones de hierro raras, etc., etc. ) Etc.), usan efecto piezoeléctrico y efecto magnetoestrictivo para realizar la conversión mutua entre la energía del campo eléctrico o la energía del campo magnético y la energía mecánica. El avance de la tecnología de transductor está determinado fundamentalmente por el avance tecnológico de los materiales funcionales. En los últimos años, varios logros técnicos en el campo de los materiales funcionales también han llevado al amanecer al desarrollo de la tecnología de transductores. El médico descubrió que los materiales de tierras raras de lantanidas tienen increíbles propiedades magnetostrictivas, pero no se han utilizado en la práctica porque el punto de curie es menor que la temperatura ambiente. Más tarde, se descubrió que las aleaciones binarias, ternarias o cuaternarias compuestas por elementos de tierras raras y el hierro también tienen propiedades magnetastrictivas gigantes a temperatura ambiente. La aleación de tierras raras más representativas es el terfenol-D (la composición es TB0.27DY0.73FE1). 95), se ha convertido en un nuevo tipo de material funcional que ha atraído mucha atención desde la década de 1980. Relajación El titanato ferroeléctrico de plomo de plomo de plomo único niobato (PMN-PT) y el titanato de liobato de zinc principal (denominado PZN-PT) son nuevos tipos de materiales de cristal de perovskita de perovskita compuestos, y también están emergiendo una clase de nuevos materiales funcionales de materiales funcionales con excelentes perspectivas de aplicación. Antes de esto, el níquel se usaba comúnmente como material para los transductores. En 1917, el científico francés Langevin hizo un transductor de sonar con un cristal de cuarzo, que estableció un precedente para la aplicación de materiales piezoeléctricos en el sonar en la década de 1940, la cerámica BATIO3 PZT con fuertes propiedades piezoeléctricas se desarrollaron con éxito y se usaron ampliamente en los sistemas de sonar. La cerámica piezoeléctrica PZT desarrollada en la década de 1950 tiene un amplio rango de temperatura de funcionamiento y excelentes propiedades electromecánicas. La eficiencia de conversión compensa la insuficiencia de la cerámica BA TIO3 y una vez se convirtió en el material de elección para los transductores acústicos submarinos. Entre ellos, el material cerámico piezoeléctrico con alta densidad de energía es PZT-8. Una comparación simple de los materiales anteriores: Terfenol-D, PMN-PT, PZN-PT puede producir tensión aproximadamente 5 veces mayor que la de PZT-8 y 50 veces más del níquel; Las constantes piezoeléctricas de PMN-PT y PZN-PT son D33. Es 6-8 veces el del material PZT-8. El uso de estos materiales PZT para desarrollar nuevos transductores acústicos submarinos es uno de los temas actuales.

Material magnetoestrictivo detransductor acústico submarinoes raro, que el material magnetoestrictivo gigante de la Tierra utiliza un efecto magnetoestrictivo para realizar la conversión mutua entre la energía del campo magnético y la energía mecánica, y se utiliza principalmente para desarrollar transductores de emisión acústica submarina de baja frecuencia y alta potencia. Es una especie de estructura \"compleja \" del transductor: transductor hidroacústico magnetoestrictivo super conductor de alta temperatura. Desde la perspectiva de la estructura del transductor, su estructura es muy simple. Es un transductor longitudinal dual ordinario de radiador. El SO - llamado \"complejo \" aquí se refiere a su rica connotación física. El poder magnetoestrictivo de los materiales de aleación de tierras raras a baja temperatura es mayor que la de temperatura ambiente. Por ejemplo, la tensión magnetoestrictiva máxima de TB0. 6dy0. 4 a la temperatura de 77k es 0.65 %, mientras que el terfenol - D está a temperatura ambiente. La tensión magnetoestrictiva más alta es 0.25 %. Desarrolló un TB0. 6dy0. 4 Material transductor hidroacústico magnetoestrictivo con un rango de temperatura de 50 - 60k: el material raro en forma de varilla de aleación de tierra se coloca en la sala de acondicionamiento de aire, y la torre de enfriamiento del refrigerador se enfría cíclicamente, y la sala de acondicionamiento de aire es proporcionado por una bobina de material superconductor. El campo magnético de polarización y el campo magnético de excitación excitan la varilla magnetoestrictiva para producir vibración de estiramiento, que se transmite a la superficie radiadora de tipo pistón a través de la pieza de transición mecánica, y la superficie de radiación de tipo pistón empuja el medio de agua para generar radiación de onda de presión . Una cámara de vacío está diseñada en la estructura para aislar la conducción de calor. La pared exterior de la cámara de vacío es una cubierta resistente a presión en forma de domo, que puede soportar una presión de 10 atmósferas. Los principales parámetros técnicos son los siguientes: frecuencia de resonancia 430 Hz, nivel máximo de fuente de sonido 181. 4DB, la eficiencia es de aproximadamente el 25 %. El proceso de fabricación de este tipo de transductor es complicado. En los últimos años, las personas todavía están dispuestas a usar material de terfenol que funcione a temperatura ambiente, abandone una tensión magnetoestrictiva y la reemplazar con una nueva estructura para lograr un excelente rendimiento de radiación. La siguiente es una breve introducción al progreso de la investigación de varios materiales magnetoestrictivos estructurales en transductores acústicos submarinos. El transductor longitudinal tiene una estructura simple. La varilla magnetostrictiva se combina con la cabeza radiante delantera y la masa de la cola para formar un sistema de vibración dimensional similar. La cabeza radiante delantera generalmente está hecha de materiales livianos, y la masa de la cola generalmente está hecha de materiales densos para lograr una superficie radiante. Salida Mayor desplazamiento de vibración. Se introducen dos transductores longitudinales desarrollados con materiales de terfenol. Uno es un transductor longitudinal general con una frecuencia de resonancia de 1200 Hz, una potencia de sonido de 3 kW y un peso transductor de 60 kg; El otro es la barra de tierras raras en ambos extremos.

Relajación Material ferroeléctrico Transductor acústico submarino

Los materiales ferroeléctricos de relajación son un tipo de materiales funcionales potenciales, que se pueden dividir en tipos de cerámica electrostrictiva y tipos de cristal único ferroeléctrico de relajación. El proceso de fabricación de los cristales individuales ferroeléctricos de relajación es mucho más complicado que el de los materiales cerámicos electrostrictivos. Los investigadores han utilizado estos materiales para hacer muchos tipos de transductores, como transductores de flexión, transductores longitudinales, etc. La tecnología de fabricación de transductores de este tipo de material es más complicada, y es necesario agregar un campo eléctrico de polarización de CC, aplicar pretensiones y controlar la temperatura del proceso. El uso de la cerámica electroestrictiva PMN-PT-BT (titanato de titanato-bario-bario de nivel de magnesio de plomo desarrolló el transductor flextensional tipo IV. Los resultados de la investigación muestran que el transductor desarrollado no ha maximizado el potencial del material. Este trabajo seguirá siendo uno de los puntos calientes que deben explorarse en el campo de los transductores acústicos submarinos por un período de tiempo. Utilizando el material de cristal único ferroeléctrico de relajación PMN-PT para estudiar 64 canales de sonda de ultrasonido de 3.5MHz, utilizada en el equipo de imágenes de ultrasonido B-ultrasonido de color Doppler, lo que sugiere que relajante material de cristal único ferroeléctrico en sonar de imagen de alta frecuencia.

Película de polímero piezoeléctrico de transductor acústico submarino esféricoSe puede convertir en una membrana flexible, y el transductor se puede diseñar en cualquier forma al hacer el transductor, y la impedancia acústica del material es baja, y es fácil lograr la impedancia con el agua y otros medios fluidos y los tejidos biológicos. La coincidencia, a menudo utilizada para fabricar hidrófonos estándar de alta frecuencia, transductores de alta frecuencia, transductores de ultrasonido médico, matrices conformes y matrices de transductores compuestos diversificados, el polímero piezoeléctrico comúnmente utilizado para hacer transductores es principalmente fluoruro de polinideno (PVDF). En la actualidad, la película más llamativa del material de polímero piezoeléctrico EMFI (abreviatura de electro mecánico), es una especie de película flexible de espuma de polipropileno, su constante piezoeléctrica es aproximadamente 10 veces la de PVDF, que puede usarse para hacer transductores de alta sensibilidad . La estructura del transductor de película delgada EMFI tiene un diámetro de la superficie de recepción de 35 mm, y la sensibilidad receptora del transductor es mayor que -190dB (el valor de referencia es 1V/μPa). Este tipo de transductor también se puede usar en el aire para recibir o emitir ondas de sonido.

Introducción de la nueva estructura del transductor acústico submarino y varios mecanismos de transducción. Los materiales funcionales son importantes en el transductor, pero deben ser jugados por una estructura adecuada. Por lo tanto, el diseño estructural del transductor parece ser particularmente importante en el desarrollo de la tecnología del transductor. importante. De acuerdo con diferentes campos de aplicación y diversos requisitos técnicos, o de acuerdo con las características de diferentes mecanismos de transducción y materiales funcionales, han salido varios tipos de transductores uno tras otro, muchos de los cuales combinan tecnologías multidisciplinarias para romper conjuntamente nuevas dificultades técnicas de tierra a cumplir con algunos requisitos técnicos especiales. El transductor hidroacústico magnetoestrictivo superconductor de alta temperatura es un ejemplo típico. En el contenido anterior de este artículo y los tipos de transductores que se introducirán más adelante, muchos también son nuevas estructuras y nuevos mecanismos de transductores acústicos submarinos. Para no repetir, esta sección solo cita otros dos ejemplos de diseño de nuevas estructuras.

El transductor de tipo platillo (platillo) es un tipo de transductor de estructura nueva similar al transductor flextensional. Cada transductor tipo platillo consiste en un par de disco cerámico piezoeléctrico PZT y uno de la tapa de metal se une. El disco de cerámica piezoeléctrica PZT aplica un voltaje alterno para generar vibración radial para excitar la tapa de metal para la vibración de flexión, y la tapa metálica elevada del transductor produce vibración alterna de \"expansión-shrinkage \". Ondas de sonido de radiación. Cuando la misma onda de presión alterna actúa sobre la tapa de metal, la presión se transmitirá al disco cerámico piezoeléctrico PZT, y el voltaje alterno se emite en los dos postes del disco de cerámica, que se usa como un transductor receptivo. La frecuencia resonante del transductor de tipo platillo en agua es de 16.1kHz, y la respuesta de voltaje de emisión es 130dB (el valor de referencia es 1 μPa/V, a 1 m). La Figura 5 también muestra la foto de la matriz de 9 elementos compuesto por este tipo de transductor. . En el transductor piezoeléctrico de baja frecuencia de tipo bobina, la cerámica piezoeléctrica se procesa en forma de resorte de bobina (como se muestra en la Figura 6), eltransductor de cerámica piezoeléctricase polariza en la dirección tangencial, y luego se construye un par de electrodos de excitación. La sección neutra sin electrodos en el medio se separa para formar un par de electrodos de anillo exterior 1 y un par de electrodos de anillo interno 2 (vea el diagrama esquemático agrandado de un pequeño fragmento en la Fig. 6). De esta manera, el voltaje de excitación V se aplica al par electrodo, la parte de la cerámica piezoeléctrica controlada por el par de electrodos del anillo exterior y el par de electrodos del anillo interno producirá vibraciones opuestas (extensión o contracción), y el movimiento de expansión y contracción del movimiento de contracción del sistema de resorte conducirá la superficie de trabajo del pistón para vibrar la energía del sonido. Debido a la baja rigidez de esta estructura, tiene una frecuencia de resonante baja y puede usarse como un transductor de transmisión de baja frecuencia. Cuando se usa como receptor, también tiene alta sensibilidad en bandas de baja frecuencia. A partir de la ecuación piezoeléctrica, se obtuvo la relación de conversión electromecánica de este tipo de transductor, y se llevaron a cabo algunos trabajos de investigación exploratorios.

Introducción a varios mecanismos de conversión de energía en transductores acústicos subacuáticos Desde la perspectiva de la conversión de energía, los transductores se pueden dividir principalmente en transductores piezoeléctricos que usan efecto piezoeléctrico para lograr la conversión de energía y los magnéticos que usan un efecto magnetoestrictivo para lograr la conversión de energía. Transductores retráctiles, los transductores involucrados en el contenido anterior pertenecen a estos dos tipos.