Nuevos desarrollos de cerámica piezo utilizada en los transductores de sonar submarinos (2)

Para mejorar el rendimiento de detección del sonar pasivo, la investigación ha desarrollado una hidrófona vector que puede recibir y utilizar parámetros escalares (presión de sonido) y parámetros de vectores (velocidad de vibración) en el campo de sonido, lo que hace que el uso completo de la información en el campo de sonido . Los hidrófonos vectoriales y sus tecnologías de procesamiento de señales correspondientes se encuentran entre las nuevas tecnologías que se están desarrollando a nivel internacional. La aplicación de hidrófonos vectoriales en el sistema Surtass resuelve el problema del desenfoque del lado izquierdo y derecho. Se utiliza la matriz de línea de arrastre de hidrófono vector para estudiar sistemáticamente la actitud, la velocidad de arrastre y el ruido de flujo del vector hidrófono para detectar el vector hidrófono. El desarrollo de hidrófonos vectoriales ha logrado básicamente serialización estructural y utilidad funcional que puede cumplir con diferentes requisitos de ingeniería. Una serie de unidades han comenzado a la investigación en esta área. Después de una década de investigación y introducción de tecnología, también han comenzado a avanzar hacia la etapa práctica de la ingeniería. En términos de forma estructural, la hidrófona de gradiente de presión de sonido también se denomina hidrófono de velocidad de vibración y se puede dividir en un hidrófono de doble sonido, un tipo de presión diferencial y un tipo esférico de homogeneización. El tipo de hidrófono de doble sonido está compuesto directamente de Dos hidrófonos de presión de sonido, y la hidrofona de gradiente de presión de sonido de tipo de concha fija tiene una carcasa fija, y la doble laminadaHemisferrico Piezoeléctrico Piezo Cerámicase fijan en la carcasa exterior, y la presión es fija. La placa eléctrica está sujeta a la vibración de flexión bajo la acción de un gradiente de presión de sonido en la dirección del grosor del mismo. Los componentes sensibles se colocan en tres direcciones ortogonales y tienen el mismo centro de fase, lo que constituye un hidrófono vector tridimensional. Después de la presión de sonido, la hidrófona y la hidrófona del vector se integran estructuralmente, todo es esférico, y la flotabilidad en el agua de mar es cero. El hidrofono del vector compuesto de la misma vibración (en lo sucesivo se conoce como un hidrófono vectorial) se construye, y se procesan las señales de salida de las dos. El hidrófono del vector de co-vibración no toca el agua, y el sensor responde a la pulsación general del sensor, que requiere instalación gratuita. Por ejemplo, vector hidrófono con un rango de frecuencia de operación de 20Hz a 6000Hz y MP = -180dB. Además de la hidrófona del vector de co-vibración, también hay un tipo de presión diferencial. La hidrófona del vector de presión diferencial contacta con el agua media y no responde al movimiento general del sensor, sino también al rango de alta frecuencia. La direccionalidad del vector hidrófono es formado de coseno. Se puede lograr un afilado de haz direccional unidireccional y la rotación electrónica de la viga para lograr la orientación. La frecuencia de operación del vector de hidrófono puede variar desde unos pocos cientos de hertz a varias decenas de kilohertz. Después del procesamiento de la señal, el flujo de energía de sonido puede suprimir el ruido en 10-20dB en comparación con la energía de la señal de presión de sonido. El único vector de hidrófono tiene una precisión de orientación de ± 2 ° y puede ser de hasta 1 ° después del tratamiento especial.

Transductor de cerámica piezoeléctrica

Ya en 1978, se propone una fase cerámica piezo y un material estructural unido fase de polímero. Este material tiene un coeficiente piezoeléctrico hidrostática particularmente alta en comparación con las cerámicas piezoeléctricas y es mucho mayor que PZT cerámicas piezoeléctricas, por lo que es ideal para aplicaciones en aguas profundas. Su impedancia característica es pequeño, es fácil de combinar con agua, ancho de banda de frecuencia, y sus características también se puede ajustar cambiando la proporción de cerámicas piezoeléctricas. Hasta el momento, de los materiales piezoeléctricos compuestos decenas han sido desarrollados. Entre ellos, los 321 los materiales compuestos de dos fases 222, 123 y 023, se consideran en general a ser el futuro más prometedor sonar conversion.The 023 material compuesto, que está hecho de material de polvo de cerámica y el caucho, se llama caucho piezoeléctrico. Tiene la suavidad y flexibilidad de caucho, que es 20 veces la de las cerámicas piezoeléctricas corriente, que es equivalente a PVDF. Estas ventajas hacen que sea adecuado para hidrófonos superficie. caucho piezoeléctrico es fácil de hacer unos pocos milímetros de espesor, que es su ventaja sobre PVDF. La investigación sobre materiales piezoeléctricos compuestos nanoestructurados también se ha llevado a cabo. Es un proceso en el que las cerámicas piezoeléctricas se procesan y después infundidas en materiales piezoeléctricos compuestos. Otro método es para procesar cerámicas piezoeléctricas en polvos. A continuación, se sinteriza y se forma con otros materiales. Esta materia está actualmente en estudio. Sistemas de materiales ha desarrollado con éxito un módulo de hidrófono compuesto a gran escala con un tamaño estándar de 250 x 250 mm. También se ha desarrollado un modelo 123Transductor compuesto piezoeléctricomatriz para el uso en la nueva colección torpedo eléctrico ligero y bases.It vocal también ha desarrollado un piezo columna de cerámica 123-conectado y el módulo de elemento de hidrófono superficie del material compuesto de epoxi, el tamaño es 100 x 180 mm, y constituye una cara ancha 18-elemento de matriz línea con una longitud de matriz de 1. 9m y una anchura de 200 mm a 60KHz. La siguiente sensibilidad de banda ancha es más alta que -190dB y la fluctuación es inferior a 2 dB. Tanto la teoría como experimento demuestran que el material compuesto puede aumentar la respuesta de emisión y la sensibilidad de recepción en 3dB ~ 5 dB debido al efecto de sobrealimentación del material polímero. Después de añadir la tapa dura, el efecto es más evidente y puede mejorarse 10dB.

Para mejorar la capacidad de interferencia de ruido de la turbulencia de la superficie del arance del sondar de la matriz del lado del barco, se usa un hidrófono de área grande en el sonar de la matriz del lado del barco de acuerdo con las características del radio relacionado con el ruido. PVDF La película piezoeléctrica es un material piezoeléctrico ideal para hacer hidrófonos de gran área. Es ligero en textura, flexible y fácil de hacer una forma curva. Se ha producido un hidrófono de área grande con una película PVDF de un área de 200 × 300 × 0,2 mm, y la sensibilidad es aproximadamente -200 dB en el rango de frecuencia de varios cientos de hertz a 4 kHz. Además de las películas piezoeléctricas PVDF, en la década de 1990, se desarrolló un nuevo material de película piezoeléctrico PVDF-TRFE (VF2). que es un copolímero de polímero ferroeléctrico formado por fluoruro de polivinilideno (PVDF) y politrifluoroetileno (TRFFE), y es la modificación de radiación electrónicamente. Este nuevo material tiene el potencial de resolver los problemas de temperatura y estabilidad de la presión de las películas piezoeléctricas PVDF y los problemas de modo lateral, y la sensibilidad también se mejora ligeramente.

De 1997 a 2000, el Instituto de Cerámica y la Universidad de Xi'an Jiaotong desarrolló sucesivamente un tipo de material de cristal único de voltaje eléctrico de hierro relajado, denominado PMN2PT y PZN2PT. Este material tiene una mayor mejora en la densidad de almacenamiento de energía, coeficiente de acoplamiento electromecánico, constante dieléctrico y similares a cerámica piezoeléctrica ordinaria, y tiene polarización residual, y no requiere un sesgo de CC. Se dan los parámetros de rendimiento de PMN2TP. Se ha calificado como un raro y emocionante avance en la década desde la llegada de la cerámica piezoeléctrica en la década de 1950 por revistas, como la ciencia y la naturaleza. Sin embargo, todavía hay deficiencias, como la baja resistencia a la tracción mecánica y varias complejidades con la temperatura, la frecuencia y el campo eléctrico, y el costo es demasiado alto. Se hace un transductor de alta potencia de alta frecuencia de baja frecuencia de tipo IV, que es de 5 dB más alto que el transductor con la misma estructura hecha de material PZT28. Una parte del cuerpo ferroeléctrico de PMN2X necesita un campo eléctrico polarizado por CC que se utilizará como un material emisor de alta potencia.