Snímač, který převádí akustické signály na elektrické, používaný k příjmu akustických signálů ve vodě, se nazývá přijímací snímač a často se mu říká hydrofon. Hydrofony se široce používají při podvodní komunikaci, průzkumu ostrova, určování polohy cíle, sledování atd. a jsou důležitou součástí sonaru. Podvodní detekce, identifikace, komunikace a rozvoj monitorování mořského prostředí a mořských zdrojů jsou neoddělitelné od vodního zvukového převodníku.
Podvodní akustický převodník je zařízení, které převádí elektrické signály na podvodní akustické signály nebo převádí podvodní akustické signály na elektrické signály. Jeho postavení v sonaru je podobné postavení antén v rádiových zařízeních. Vysílá a přijímá zvukové vlny pod vodou. Akustické zařízení. K vyzařování zvukových vln do vody se používá převodník, který převádí elektrické signály na podvodní akustické signály a který se nazývá vysílací převodník. Převodník, který převádí akustické signály na elektrické signály a používá se k příjmu akustických signálů ve vodě, se nazývá přijímací převodník a často se nazývá hydrofon. Podle rozdílů v principu fungování, principu přeměny energie, charakteristik a konstrukce existují hydrofony jako tlakové, rychlostní, nesměrové, směrové, piezoelektrické, magnetostrikční, elektrické (s pohyblivou cívkou) atd. Hydrofony a mikrofony mají mnoho podobností v principu a výkonu. Vzhledem k odlišnostem zvukových médií však musí mít hydrofony pevnou vodotěsnou konstrukci a musí být vyrobeny z nepropustných kabelů s antikorozními materiály. Zvukotlaké hydrofony detekují podvodní zvukové signály a změny akustického tlaku hluku a produkují výstupní napětí úměrné akustickému tlaku. Zvukový tlakový hydrofon je nepostradatelným zařízením při podvodním akustickém měření a je základní součástí pasivního sonarového systému. Podle různých použitých citlivých materiálů lze tlakové hydrofony rozdělit na: piezoelektrické keramické tlakové hydrofony, tlakové hydrofony z PVDF, piezoelektrické kompozitní tlakové hydrofony a tlakové hydrofony z optických vláken. V oblasti podvodní akustiky se snímače obecně označují jako převodníky a mezi přijímací převodníky patří především skalární snímače a vektorové snímače, nazývané také skalární hydrofony a vektorové hydrofony. Při měření zvukového pole se tradičně používá skalární hydrofon (tlakový hydrofon), který může měřit pouze skalární parametry zvukového pole. Typické skalární hydrofony, jako je řada 810X společností B & K, se často používají jako standardní hydrofony. Vektorový hydrofon může měřit vektorové parametry ve zvukovém poli a jeho použití je užitečné pro získání vektorových informací o zvukovém poli, což má velký význam pro rozšíření funkce sonarového zařízení. Ve spojitých médiích lze pohybový stav v blízkosti libovolného bodu vyjádřit pomocí tlaku, hustoty a rychlosti média. V různých místech zvukového pole mají tyto fyzikální veličiny různé hodnoty a vyznačují se prostorovou proměnlivostí. Pro stejný prostorový souřadnicový bod se navíc tyto veličiny mění s časem a mají časovou proměnlivost. Proto jsou akustické veličiny popisující zvukové pole, akustický tlak, rychlost částic a komprese funkcemi času a prostoru. V ideální tekutině neexistuje smykové napětí, takže akustický tlak je skalární a rychlost částic je vektorová. Bohaté informace o zvukovém poli jsou obsaženy ve skalárních i vektorových parametrech. Při měření zvukového pole nestačí měřit pouze parametr akustického tlaku. Současným měřením skalárních a vektorových informací, tj. akustického tlaku a rychlosti částic, lze získat úplné informace o zvukovém poli. Tímto způsobem může pomoci systému zpracování signálu získat cennější informace a správně vyhodnotit situaci. Například: systém společného zpracování informací využívající nový kombinovaný snímač (akustický tlak a rychlost vibrací) má lepší antikoherentní interferenci a schopnost detekce čárového spektra než tradiční systém zpracování informací o čistém akustickém tlaku; jediný malý kombinovaný snímač prochází kloubem Se zpracováním signálu lze provádět společný odhad akustického tlaku a rychlosti vibrací azimutu cíle. Z hlediska detekce energie navíc použití vektorových hydrofónů zlepšuje schopnost systému odolávat izotropnímu šumu a může realizovat rozpoznávání více cílů ve vzdáleném poli. Výzkumné práci vektorových hydrofonů byla věnována velká pozornost. Proto je detekce více informací, včetně vektorových informací, vývojovým trendem sonarových systémů a je stále více oceňována různými námořními mocnostmi. S neustálým rozvojem technologií je zapotřebí stále více technických požadavků. Aby se vyhovělo potřebám výstavby pobřežních stanic, slouží pobřežní sonarový systém včasného varování k dosažení dálkové detekce a identifikace a stále důležitější jsou schopnosti nízkofrekvenční detekce. Kromě toho se v důsledku vzniku ponorek s jaderným pohonem a rozsáhlého zavádění nových technologií, jako je stealth ponorek, dostalo protiponorkové problematice nebývalé pozornosti ze strany různých zemí. Účinnou metodou je obrátit se na testování nízkofrekvenčního hluku vrtule. Vlastní hluk tichých ponorek a lodí je v nízkofrekvenčním pásmu, což vyžaduje nízkofrekvenční vektorový hydrofon. To znamená, že se vyžaduje, aby detekční snímač měl schopnost nízkofrekvenční detekce. Nízkofrekvenční trojrozměrné prostorové všesměrové vektorové detektory se staly novým technickým požadavkem. Lze očekávat, že úspěšný vývoj takových nízkofrekvenčních vektorových hydrofónů vyřeší problém detekce nízkofrekvenčních signálů vysílaných na velké vzdálenosti. Současně se slábnutím cílového signálu se stává naléhavým problém vysoce citlivé detekce Optický vláknový hydrofon je zařízení, které využívá technologii optických vláken k detekci podvodních akustických vln. Ve srovnání s tradičními piezoelektrickými hydrofony má extrémně vysokou citlivost, dostatečně velký dynamický rozsah, zásadní odolnost vůči elektromagnetickému rušení a žádné požadavky na impedanční přizpůsobení. Nízká hmotnost „mokrého konce“ systému a libovolnost konstrukce atd. jsou dostatečné k tomu, aby splňovaly výzvy vyplývající z neustálého zdokonalování ponorkové squelch technologie a splňovaly požadavky protiponorkových strategií vyspělých zemí. .
Princip hydrofonu
Hydrofony z optických vláken lze podle principu rozdělit na interferenční typ, intenzitní typ a mřížkový typ. Klíčová technologie interferenčních hydrofónů z optických vláken se postupně vyvíjela a dozrávala a v některých oblastech vznikly výrobky a hydrofóny s mřížkou jsou současnými horkými body hydrofónů z optických vláken. Hydrofony s vláknovou mřížkou jsou založeny na principu, že rezonanční vlnová délka mřížky se pohybuje se změnou vnějších parametrů. Vláknové mřížkové hydrofony jsou obecně založeny na struktuře vláknové Braggovy mřížky, jak je znázorněno na obrázku 1. Obrázek 1 Vláknový optický hydrofon Když výstupní světlo širokopásmového zdroje světla (BBS) prochází vláknovou Braggovou mřížkou (CFBG), lze podle teorie módové vazby poznat, že vlnová délka splňuje Braggovu podmínku: Vlny světla se budou odrážet zpět a zbývající vlnové délky budou přenášeny. Kde Is je rezonanční vazební vlnová délka FBG, tj. centrální vlnová délka odrazu, Is je efektivní index lomu jádra a n je rozteč mřížky. Když se napětí v okolí snímací mřížky mění s akustickým tlakem ve vodě, způsobí to změnu Or n, což vede k odpovídajícímu posunu střední vlnové délky odrazu snímací mřížky, přičemž velikost posunu je Určuje se, že se dosáhne modulace vlnové délky odraženého signálního světla podvodním akustickým tlakem. Proto lze detekcí posunu středu odrazové vlnové délky v reálném čase a následně podle lineárního vztahu mezi jednotlivými parametry a akustickým tlakem získat informaci o změně akustického tlaku.
Vlastnosti hydrofonu
(1) Nízké šumové vlastnosti. Hydrofony s optickými vlákny jsou konstruovány na optických principech a mají vysokou citlivost. Díky jejich nízkým vlastním šumovým charakteristikám je minimální detekovatelný signál o 2-3 řády vyšší než u tradičních piezoelektrických hydrofónů, což umožňuje detekci slabého signálu. (2) Velký dynamický rozsah. Dynamický rozsah piezoelektrických hydrofónů je obvykle 80-90 dB, zatímco dynamický rozsah optických hydrofónů může být 120-140 dB. (3) Silná odolnost vůči elektromagnetickému rušení a přeslechům signálu. Celooptické vláknové hydrofony používají jako nosič signálu pro snímání a přenos světlo. Vliv elektromagnetického rušení pod několika stovkami megahertzů je velmi malý a přeslechy signálu každého kanálu jsou rovněž velmi malé. (4) Vhodné pro přenos a uspořádání na velké vzdálenosti. Ztráty při přenosu optickým vláknem jsou malé, vhodné pro přenos na velké vzdálenosti. Hydrofony s optickými vlákny jsou multiplexovány pomocí technik frekvenčního dělení, vlnového dělení a časového dělení, což je vhodné pro rozsáhlá pole podvodních soustav. (5) Snímání a přenos signálu jsou integrovány, což zvyšuje spolehlivost systému. Laser je vysílán zdrojem světla, optickým vláknem je přenášen do optického hydrofonu a po zachycení akustického signálu je optickým vláknem přenášen zpět do zařízení pro zpracování signálu na břehu nebo na lodi. Pod vodou se nenachází žádné elektronické zařízení. Optické vlákno má navíc nízké požadavky na vodotěsnost, odolnost vůči vysokým teplotám a korozi, což výrazně zvýší spolehlivost systému. (6) Snižují se podmínky technické aplikace. Sonarový systém využívající plně optické hydrofony s optickými vlákny, detekční kabely a přenosové kabely jsou všechny optické kabely, mají nízkou hmotnost a malé rozměry a systém se snadno zatahuje, což znemožňuje realizaci řešení v minulosti, zejména u vlečných soustav. Snížení a zjednodušení mnoha problémů.
Použití hydrofonů
Mezi hlavní vojenské aplikace optických hydrofónů patří: celovláknové hydrofony vlečené soustavy, celovláknové systémy akustického monitorování ponorek, celovláknové konformní hydrofony pro lehké ponorky a hladinové lodě, ultranízkofrekvenční hydrofony s vláknovým gradientem, měření hluku v mořském prostředí Hluk a tiché ponorky. Vektorový hydrofon s optickými vlákny typu vibrační rychlosti dokáže detekovat svůj „infrazvukový“ špičkový hluk a je vhodný pro sonary pobřežní stráže po uspořádání, detekci tichých ponorek a včasné varování před tsunami. Má technické výhody, jako je snadné multiplexování více jednotek, schopnost pracovat pasivně elektricky a silná schopnost přenosu signálu na velké vzdálenosti. Technologie mikrooptické struktury optického vláknového hydrofonu přímo gravíruje senzor na optické vlákno. Jejími výhodami jsou malé rozměry, snadné multiplexování s dělením vlnové délky, relativně jednoduchý výrobní proces a spolehlivý výkon. Je vhodný pro rozsáhlé pobřežní námořní obranné a bezpečnostní systémy a lodní zvukové nano pole, pole pro monitorování hluku na moři a další aplikace, zejména aplikace hydrofonního vlečného pole.
V JINÝCH JAZYCÍCH
- English
- Deutsch
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Norsk
- Polski
- Português
- . Русский
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Čeština
- ไทย
- 中文