Akustisia signaaleja sähköisiksi signaaleiksi muuttavaa anturia, jota käytetään akustisten signaalien vastaanottamiseen vedessä, kutsutaan vastaanottavaksi anturiksi, ja sitä kutsutaan usein hydrofoniksi. Hydrofoneja käytetään laajalti vedenalaisessa viestinnässä, saariston tutkimuksessa, kohteen paikannuksessa, jäljittämisessä jne. ja ne ovat tärkeitä kaikuluotaimen komponentteja. Vedenalainen havaitseminen, tunnistaminen, viestintä sekä meriympäristön seurannan ja meren luonnonvarojen kehittäminen ovat erottamattomasti sidoksissa veden äänianturiin.
Vedenalainen akustinen anturi on laite, joka muuntaa sähköiset signaalit vedenalaisiksi akustisiksi signaaleiksi tai muuntaa vedenalaiset akustiset signaalit sähköisiksi signaaleiksi. Sen asema kaikuluotauksessa on samanlainen kuin radiolaitteiden antennien. Se lähettää ja vastaanottaa ääniaaltoja veden alla. Akustinen laite. Sähköisiä signaaleja vedenalaisiksi akustisiksi signaaleiksi muuttavaa anturia, jota käytetään ääniaaltojen lähettämiseen veteen, kutsutaan lähetysanturiksi. Akustisia signaaleja sähköisiksi signaaleiksi muuttavaa anturia, jota käytetään akustisten signaalien vastaanottamiseen vedessä, kutsutaan vastaanottavaksi anturiksi, ja sitä kutsutaan usein hydrofoniksi. Toimintaperiaatteen, energian muuntamisperiaatteen, ominaisuuksien ja rakenteen erojen mukaan on olemassa hydrofoneja, kuten äänenpaine, värähtelynopeus, suuntaamaton, osoittava, pietsosähköinen, magnetostriktiivinen, sähköinen (liikkuva kela) ja niin edelleen. Hydrofoneilla ja mikrofoneilla on monia yhtäläisyyksiä periaatteessa ja suorituskyvyssä. Äänivälineiden erojen vuoksi hydrofoneissa on kuitenkin oltava vankka vesitiivis rakenne, ja ne on valmistettava läpäisemättömistä kaapeleista, joissa on korroosionestoaineita. Äänenpainehydrofonit havaitsevat vedenalaiset äänisignaalit ja melun äänenpainemuutokset ja tuottavat äänenpaineeseen verrannollisen jännitteen. Äänipainehydrofoni on välttämätön laite vedenalaisessa akustisessa mittauksessa, ja se on passiivisen kaikuluotaimen keskeinen osa. Käytettyjen erilaisten herkkien materiaalien mukaan äänenpainehydrofonit voidaan jakaa seuraaviin: pietsosähköiset keraamiset äänenpainehydrofonit, PVDF-äänenpainehydrofonit, pietsosähköiset komposiittiäänenpainehydrofonit ja optiset kuituäänenpainehydrofonit. Vedenalaisen akustiikan alalla antureita kutsutaan yleisesti antureiksi, ja vastaanottaviin antureihin kuuluvat pääasiassa skalaarianturit ja vektorianturit, joita kutsutaan myös skalaarihydrofoneiksi ja vektorihydrofoneiksi. Äänikentän mittauksessa perinteinen menetelmä on käyttää skalaarihydrofonia (äänenpainehydrofonia), joka voi mitata vain äänikentän skalaariparametreja. Tyypillisiä skalaarihydrofoneja, kuten B & K-yhtiöiden 810X-sarjaa, käytetään usein hydrofonien standardikäytössä. Vektorihydrofoni voi mitata äänikentän vektoriparametreja, ja sen käyttö on hyödyllistä äänikentän vektoritiedon saamiseksi, millä on suuri merkitys kaikuluotainlaitteen toiminnan laajentamiselle. Jatkuvassa väliaineessa minkä tahansa pisteen lähellä oleva liiketila voidaan ilmaista paineen, tiheyden ja väliaineen nopeuden avulla. Äänikentän eri kohdissa näillä fysikaalisilla suureilla on erilaiset arvot ja niillä on alueellista vaihtelua. Lisäksi samassa avaruuskoordinaattipisteessä nämä suureet muuttuvat ajan myötä, ja niillä on ajallista vaihtelua. Näin ollen äänikenttää kuvaavat akustiset suureet, äänenpaine, hiukkasten nopeus ja tiivistyminen ovat kaikki ajan ja tilan funktioita. Ideaalisessa nesteessä ei ole leikkausjännitystä, joten äänenpaine on skalaarinen ja hiukkasnopeus vektorinen. Runsaat äänikenttätiedot sisältyvät sekä skalaarisiin että vektoriparametreihin. Äänikentän mittausprosessissa ei riitä, että mitataan vain äänenpaineparametri. Mittaamalla samanaikaisesti skalaaritietoa ja vektoritietoa eli äänenpainetta ja hiukkasnopeutta voidaan saada täydellistä äänikenttätietoa. Tällä tavoin se voi auttaa signaalinkäsittelyjärjestelmää saamaan arvokkaampaa tietoa ja tekemään oikeita arvioita. Esimerkiksi: uutta yhdistelmäanturia (äänenpaine ja värähtelynopeus) käyttävällä yhteisellä tiedonkäsittelyjärjestelmällä on paremmat anti-koherentti interferenssi- ja viivaspektrin havaitsemisominaisuudet kuin perinteisellä pelkällä äänenpaineella varustetulla tiedonkäsittelyjärjestelmällä; yksittäinen pienikokoinen yhdistelmäanturi läpäisee nivelen läpi Signaalinkäsittelyn avulla voidaan suorittaa kohteen atsimuutin yhteinen äänenpaine- ja värähtelynopeusarviointi. Lisäksi energian havaitsemisen näkökulmasta vektorihydrofonien käyttö parantaa järjestelmän kykyä vastustaa isotrooppista kohinaa, ja sillä voidaan toteuttaa usean kohteen tunnistaminen kaukaisessa kentässä. Vektorihydrofonien tutkimustyöhön on kiinnitetty paljon huomiota. Siksi monitiedon havaitseminen, mukaan lukien vektoritieto, on kaikuluotaimien kehityssuuntaus, ja eri merivoimat arvostavat sitä yhä enemmän. Teknologian jatkuvan kehityksen myötä tarvitaan yhä enemmän teknisiä vaatimuksia. Ranta-asemien rakentamisen tarpeiden täyttämiseksi se palvelee rannikon varhaisvaroituskaikuluotainjärjestelmää, jolla saavutetaan etähavaitseminen ja -tunnistus, ja matalien taajuuksien havaitsemisvalmiudet ovat yhä tärkeämpiä. Lisäksi ydinkäyttöisten sukellusveneiden ilmaantumisen ja uusien teknologioiden, kuten sukellusveneiden häivetekniikan, laajamittaisen käyttöönoton vuoksi sukellusveneiden torjuntaan liittyvät kysymykset ovat saaneet ennennäkemättömän paljon huomiota eri maissa. Tehokas menetelmä on kääntyä testaamaan potkurin matalataajuista melua. Hiljaisten sukellusveneiden ja alusten luontainen melu on matalalla taajuusalueella, mikä edellyttää matalataajuista vektorihydrofonia. Toisin sanoen havaintomuuntimelta edellytetään matalataajuista havaintokykyä. Matalataajuisista kolmiulotteisista avaruudellisista ympärisäteilevistä vektoriantureista on tullut uusi tekninen vaatimus. Tällaisten matalataajuisten vektorihydrofonien onnistuneen kehittämisen voidaan odottaa ratkaisevan pitkillä etäisyyksillä lähetettävien matalataajuisten signaalien havaitsemiseen liittyvän ongelman. Samalla, kun kohdesignaali heikkenee, korkean herkkyyden havaitsemisen ongelmasta tulee kiireellinen Optinen kuituhydrofoni on laite, joka käyttää optista kuitutekniikkaa vedenalaisten akustisten aaltojen havaitsemiseen. Perinteisiin pietsosähköisiin hydrofoneihin verrattuna sillä on erittäin suuri herkkyys, riittävän suuri dynaaminen alue, olennainen kestävyys sähkömagneettisia häiriöitä vastaan eikä se vaadi impedanssin sovittamista. Järjestelmän ”märän pään” keveys ja rakenteen mielivaltaisuus jne. riittävät vastaamaan sukellusveneiden kuuntelutekniikan jatkuvasta parantamisesta aiheutuviin haasteisiin ja täyttämään kehittyneiden maiden sukellusveneiden torjuntastrategioiden vaatimukset. .
Hydrofonin periaate
Optiset kuituhydrofonit voidaan jakaa periaatteen mukaan interferenssityyppiin, intensiteettityyppiin ja ritilätyyppiin. Interferenssi-optisten kuituhydrofonien avainteknologia on vähitellen kehittynyt ja kypsynyt, ja tuotteita on muodostunut joillakin aloilla, ja kuituhydrofonit ovat optisten kuituhydrofonien nykyisiä kuumia pisteitä. Kuituverkkohydrofoni perustuu periaatteeseen, jonka mukaan säleikön resonoiva aallonpituus liikkuu ulkoisten parametrien muuttuessa. Kuituhydrofonit perustuvat yleensä kuitujen Bragg-ristikkorakenteisiin, kuten kuvassa 1 on esitetty. Kuituoptinen hydrofoni kuva 1 Kun laajakaistaisen valonlähteen (BBS) lähtövalo kulkee kuitu-Bragg-ritilän (CFBG) läpi, voidaan moodikytkentäteorian mukaan tietää, että aallonpituus täyttää Bragg-ehdon: Valoaallot heijastuvat takaisin ja loput aallonpituudet lähetetään. Missä on FBG:n resonanssikytkennän aallonpituus eli keskeinen heijastuksen aallonpituus, on ytimen efektiivinen taitekerroin ja n on ritilän jako. Kun jännitys anturiritilän ympärillä muuttuu vedessä olevan äänenpaineen myötä, se aiheuttaa Or n -muutoksia, mikä johtaa vastaavaan anturiritilän keskimmäisen heijastuksen aallonpituuden siirtymään, siirtymän määrä on Määritetään, että heijastuneen signaalivalon aallonpituusmodulaatio vedenalaisella akustisella paineella saavutetaan. Siksi havaitsemalla keskipisteen heijastuksen aallonpituussiirtymä reaaliajassa ja sitten kunkin parametrin ja äänenpaineen välisen lineaarisen suhteen mukaisesti voidaan saada tietoa äänenpaineen muutoksesta.
Hydrofonin ominaisuudet
(1) Matalat meluominaisuudet. Optiset kuituhydrofonit on rakennettu käyttäen optisia periaatteita ja niillä on suuri herkkyys. Niiden alhaisen itsekohinan ominaisuuksien vuoksi havaittavan signaalin minimi on 2-3 suuruusluokkaa suurempi kuin perinteisillä pietsosähköisillä hydrofoneilla, mikä mahdollistaa heikon signaalin havaitsemisen. (2) Suuri dynaaminen alue. Pietsosähköisten hydrofonien dynaaminen alue on yleensä 80-90 dB, kun taas kuituoptisten hydrofonien dynaaminen alue voi olla 120-140 dB. (3) Vahva sähkömagneettisten häiriöiden ja signaalien ristikkäisviestinnän kestävyys. Täysoptiset kuituoptiset hydrofonit käyttävät valoa kantoaineena signaalin havaitsemiseen ja siirtämiseen. Sähkömagneettisten häiriöiden vaikutus alle muutaman sadan megahertsin alueella on hyvin pieni, ja kunkin kanavan signaalin ristikkäisvärähtely on myös hyvin pieni. (4) Soveltuu pitkien etäisyyksien siirtoon ja joukkoon. Optisen kuidun siirtohäviö on pieni, sopii pitkän matkan siirtoon. Optiset kuituhydrofonit multipleksoidaan käyttämällä taajuusjako-, aaltojakauma- ja aikajaottelutekniikoita, mikä soveltuu laajamittaisiin vedenalaisiin matriiseihin. (5) Signaalin havaitseminen ja siirto on integroitu järjestelmän luotettavuuden parantamiseksi. Laser lähetetään valonlähteestä, se siirretään valokuituhydrofoniin optisen kuidun kautta, ja kun akustinen signaali on poimittu, se siirretään takaisin signaalinkäsittelylaitteisiin rannalla tai aluksella optisen kuidun kautta. Veden alla ei ole elektronisia laitteita. Lisäksi optisella kuidulla on alhaiset vaatimukset vesitiiviyden, korkean lämpötilan kestävyyden ja korroosionkestävyyden suhteen, mikä parantaa huomattavasti järjestelmän luotettavuutta. (6) Tekniikan soveltamisedellytyksiä vähennetään. Kaikuluotainjärjestelmä, jossa käytetään täysin optisia kuituoptisia hydrofoneja, havaintokaapelit ja siirtokaapelit ovat kaikki optisia kaapeleita, kevyitä ja pienikokoisia, ja järjestelmä on helppo vetää sisään, mikä tekee mahdottomaksi toteuttaa ratkaisuja aiemmin, erityisesti hinattaville matriiseille. Vähentää ja yksinkertaistaa monia kysymyksiä.
Hydrofonisovellus
Kuituoptisten hydrofonien tärkeimmät sotilaalliset sovellukset ovat: täyskuituiset vedettävät hydrofonirakenteet, täyskuituiset sukellusveneiden akustiset seurantajärjestelmät, täyskuituiset kevyet sukellusveneet ja pinta-alusten mukautuvat hydrofonirakenteet, erittäin matalataajuiset kuitugradienttihydrofonit, meriympäristöt Melun ja hiljaisen sukellusveneen melun mittaus. Optinen kuituvärähtelynopeustyyppinen vektorihydrofoni voi havaita sen ”infraäänen” huippumelun, ja se soveltuu rannikkovartioston kaikuluotaimiin sen jälkeen, kun se on sijoitettu, hiljaisten sukellusveneiden havaitseminen ja tsunamin varhaisvaroitus. Sillä on teknisiä etuja, kuten helppo usean yksikön multipleksointi, kyky toimia passiivisesti sähköisesti ja vahva pitkän matkan signaalinsiirtokyky. Mikrooptisen rakenteen optinen kuituhydrofonitekniikka kaivertaa anturin suoraan optiseen kuituun. Sen etuja ovat pieni koko, helppo aallonpituusjako multipleksointi, suhteellisen yksinkertainen valmistusprosessi ja luotettava suorituskyky. Se soveltuu laajamittaisiin rantapohjaisiin meripuolustus- ja turvallisuusjärjestelmiin ja laivojen ääni-Nano-joukkoon, meren melunvalvontajoukkoon ja muihin sovelluksiin, erityisesti hydrofonin vetojoukkosovelluksiin.
MUILLAISILLA KIELILLÄ
- englanti
- saksa
- espanja
- ranska
- italiano
- hollanti
- norja
- norsk
- polska
- portugali
- Русский
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Tšekin kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen kielen
- 中文