Un transducteur qui convertit les signaux acoustiques en signaux électriques, utilisé pour recevoir des signaux acoustiques dans l’eau, est appelé un transducteur récepteur, et est souvent appelé un hydrophone. Les hydrophones sont largement utilisés dans la communication sous-marine, l’exploration de l’île, le positionnement des cibles, le suivi, etc. et sont des composants importants du sonar. La détection, l’identification, la communication sous-marine et le développement de la surveillance de l’environnement marin et des ressources marines sont indissociables du son de l’eau Transducteur.
Un transducteur acoustique sous-marin est un dispositif qui convertit les signaux électriques en signaux acoustiques sous-marins ou qui convertit les signaux acoustiques sous-marins en signaux électriques. Sa position dans le sonar est similaire à celle des antennes dans les équipements radio. Il transmet et reçoit des ondes sonores sous l’eau. Dispositif acoustique. Un transducteur qui convertit les signaux électriques en signaux acoustiques sous-marins est utilisé pour émettre des ondes sonores dans l’eau, c’est un transducteur émetteur. Un transducteur qui convertit les signaux acoustiques en signaux électriques, utilisé pour recevoir des signaux acoustiques dans l’eau, est appelé transducteur de réception, et est souvent appelé hydrophone. Selon la différence du principe de fonctionnement, du principe de conversion de l’énergie, des caractéristiques et de la structure, il existe des hydrophones de pression acoustique, de vitesse de vibration, non directionnels, de pointage, piézoélectriques, magnétostrictifs, électriques (bobine mobile), etc. Les hydrophones et les microphones présentent de nombreuses similitudes en termes de principe et de performances. Cependant, en raison des différences entre les milieux sonores, les hydrophones doivent avoir une structure solide et étanche et doivent être fabriqués avec des câbles imperméables et des matériaux anticorrosifs. Les hydrophones à pression acoustique détectent les signaux sonores sous-marins et les variations de pression acoustique du bruit et produisent une tension de sortie proportionnelle à la pression acoustique. L’hydrophone à pression acoustique est un appareil indispensable à la mesure acoustique sous-marine, et c’est l’élément central du système de sonar passif. Selon les différents matériaux sensibles utilisés, les hydrophones à pression acoustique peuvent être divisés en : hydrophones à pression acoustique en céramique piézoélectrique, hydrophones à pression acoustique en PVDF, hydrophones à pression acoustique en composite piézoélectrique, et hydrophones à pression acoustique en fibre optique. Dans le domaine de l’acoustique sous-marine, les capteurs sont généralement appelés transducteurs, et les transducteurs de réception comprennent principalement des capteurs scalaires et des capteurs vectoriels, également appelés hydrophones scalaires et hydrophones vectoriels. Dans la mesure du champ sonore, la méthode traditionnelle consiste à utiliser un hydrophone scalaire (hydrophone à pression acoustique), qui ne peut mesurer que des paramètres scalaires dans le champ sonore. Les hydrophones scalaires typiques tels que la série 810X des sociétés B & K sont souvent utilisés comme normes d’utilisation des hydrophones. L’hydrophone vectoriel peut mesurer les paramètres vectoriels dans le champ sonore, et son application est utile pour obtenir l’information vectorielle du champ sonore, ce qui est d’une grande importance pour l’expansion de la fonction du dispositif sonar. Dans les milieux continus, l’état de mouvement près d’un point quelconque peut être exprimé par la pression, la densité et la vitesse du milieu. À différents endroits du champ sonore, ces quantités physiques ont des valeurs différentes et présentent une variabilité spatiale. De plus, pour un même point de coordonnées spatiales, ces quantités changent avec le temps et présentent une variabilité temporelle. Par conséquent, les quantités acoustiques décrivant le champ sonore, la pression acoustique, la vitesse des particules et la compression sont toutes des fonctions du temps et de l’espace. Dans un fluide idéal, il n’y a pas de contrainte de cisaillement, la pression acoustique est donc scalaire et la vitesse des particules est vectorielle. De riches informations sur le champ sonore sont incluses dans les paramètres scalaires et vectoriels. Dans le processus de mesure du champ acoustique, il ne suffit pas de mesurer uniquement le paramètre de pression acoustique. La mesure simultanée des informations scalaires et vectorielles, c’est-à-dire la pression acoustique et la vitesse des particules, permet d’obtenir des informations complètes sur le champ acoustique. De cette manière, le système de traitement du signal peut obtenir des informations plus précieuses et effectuer des jugements corrects. Par exemple : le système de traitement des informations conjointes utilisant un nouveau capteur combiné (pression acoustique et vitesse de vibration) a de meilleures capacités d’interférence anti-cohérente et de détection du spectre de ligne que le système traditionnel de traitement des informations de pression acoustique pure ; un seul capteur combiné à petite échelle passe par le joint Avec le traitement du signal, on peut réaliser une estimation conjointe de la pression acoustique et de la vitesse de vibration de l’azimut de la cible. En outre, du point de vue de la détection de l’énergie, l’utilisation d’hydrophones vectoriels améliore la capacité du système à résister au bruit isotrope et permet de reconnaître plusieurs cibles dans le champ lointain. Les travaux de recherche sur les hydrophones vectoriels ont reçu une grande attention. Par conséquent, la détection d’informations multiples, y compris les informations vectorielles, est une tendance de développement des systèmes sonar, et est de plus en plus appréciée par les différentes puissances navales. Avec le développement continu de la technologie, de plus en plus d’exigences techniques sont nécessaires. Afin de répondre aux besoins de la construction de stations côtières, le système sonar d’alerte précoce de la côte doit permettre la détection et l’identification à distance, et les capacités de détection à basse fréquence sont de plus en plus importantes. En outre, en raison de l’émergence des sous-marins à propulsion nucléaire et de l’adoption généralisée de nouvelles technologies telles que la furtivité des sous-marins, les questions de lutte anti-sous-marine ont reçu une attention sans précédent de la part de divers pays. Une méthode efficace est de tourner pour tester le bruit à basse fréquence de l’hélice. Le bruit intrinsèque des sous-marins et des navires silencieux se situe dans la bande des basses fréquences, ce qui nécessite un hydrophone vectoriel basse fréquence. En d’autres termes, le transducteur de détection doit avoir une capacité de détection à basse fréquence. Les détecteurs vectoriels tridimensionnels spatiaux omnidirectionnels à basse fréquence sont devenus une nouvelle exigence technique. Le développement réussi de ces hydrophones vectoriels basse fréquence devrait permettre de résoudre le problème de la détection des signaux basse fréquence transmis sur de longues distances. Parallèlement, à mesure que le signal cible s’affaiblit, le problème de la détection à haute sensibilité devient urgent L’hydrophone à fibre optique est un appareil qui utilise la technologie de la fibre optique pour détecter les ondes acoustiques sous-marines. Par rapport aux hydrophones piézoélectriques traditionnels, il présente une sensibilité extrêmement élevée, une gamme dynamique suffisamment large, une résistance essentielle aux interférences électromagnétiques et aucune exigence d’adaptation d’impédance. La légèreté de la partie humide du système et le caractère arbitraire de la structure, etc., sont suffisants pour relever les défis posés par l’amélioration continue de la technologie des squelchs sous-marins et répondre aux exigences des stratégies anti-sous-marines des pays développés. .
Principe de l’hydrophone
Les hydrophones à fibre optique peuvent être divisés en type d’interférence, type d’intensité, et type de réseau selon le principe. La technologie clé des hydrophones à fibre optique à interférence s’est progressivement développée et a mûri, et des produits ont été formés dans certains domaines, et les hydrophones à réseau de fibres sont les points chauds actuels des hydrophones à fibre optique. L’hydrophone à réseau de fibres optiques repose sur le principe selon lequel la longueur d’onde de résonance du réseau se déplace en fonction des paramètres externes. Les hydrophones à réseau de fibres sont généralement basés sur des structures de réseau de Bragg en fibre, comme le montre la figure 1. Hydrophone à fibre optique figure 1 Lorsque la lumière de sortie d’une source lumineuse à large bande (BBS) traverse un réseau de Bragg sur fibre (CFBG), selon la théorie du couplage des modes, on peut savoir que la longueur d’onde répond à la condition de Bragg : Les ondes lumineuses seront réfléchies, et les autres longueurs d’onde seront transmises. Où est la longueur d’onde de couplage résonant du FBG, c’est-à-dire la longueur d’onde de réflexion centrale, est l’indice de réfraction effectif du noyau et n est le pas du réseau. Lorsque la contrainte autour du réseau de détection change avec la pression acoustique dans l’eau, elle provoque des changements de Or n, ce qui entraîne un décalage correspondant de la longueur d’onde de réflexion centrale du réseau de détection, la quantité de décalage est Il est déterminé que la modulation de la longueur d’onde du signal lumineux réfléchi par la pression acoustique sous-marine est réalisée. Par conséquent, en détectant le déplacement de la longueur d’onde de réflexion centrale en temps réel, puis en fonction de la relation linéaire entre chaque paramètre et la pression acoustique, l’information de la variation de la pression acoustique peut être obtenue.
Caractéristiques des hydrophones
(1) Caractéristiques de faible bruit. Les hydrophones à fibre optique sont construits selon des principes optiques et ont une sensibilité élevée. En raison de leurs caractéristiques de faible bruit propre, le signal détectable minimum est de 2 à 3 ordres de grandeur plus élevé que les hydrophones piézoélectriques traditionnels, ce qui rend possible la détection de signaux faibles. (2) Large gamme dynamique. La gamme dynamique des hydrophones piézoélectriques est généralement de 80 à 90 dB, tandis que celle des hydrophones à fibre optique peut atteindre 120 à 140 dB. (3) Forte résistance aux interférences électromagnétiques et à la diaphonie des signaux. Les hydrophones à fibre optique tout optique utilisent la lumière comme support pour la détection et la transmission des signaux. L’influence des interférences électromagnétiques inférieures à quelques centaines de mégahertz est très faible, et la diaphonie du signal de chaque canal est également très faible. (4) Adapté à la transmission longue distance et au réseau. La perte de transmission de la fibre optique est faible et convient à la transmission sur de longues distances. Les hydrophones à fibre optique sont multiplexés en utilisant les techniques de division de fréquence, de division d’onde et de division de temps, ce qui convient aux réseaux sous-marins à grande échelle. (5) La détection et la transmission des signaux sont intégrées pour améliorer la fiabilité du système. Le laser est émis par la source lumineuse, transmis à l’hydrophone à fibre optique via la fibre optique, et après avoir capté le signal acoustique, il est retransmis à l’équipement de traitement des signaux à terre ou sur le navire via la fibre optique. Il n’y a pas d’équipement électronique sous l’eau. En outre, la fibre optique a de faibles exigences en matière d’étanchéité, de résistance aux hautes températures et à la corrosion, ce qui améliore considérablement la fiabilité du système. (6) Les conditions d’application technique sont réduites. Le système sonar utilisant des hydrophones à fibre optique, les câbles de détection et les câbles de transmission sont tous des câbles optiques, légers et de petite taille, et le système est facile à rétracter, ce qui rend impossible la mise en œuvre de solutions dans le passé, en particulier pour les réseaux remorqués. Réduire et simplifier de nombreux problèmes.
Application de l’hydrophone
Les principales applications militaires des hydrophones à fibre optique comprennent : les réseaux remorqués d’hydrophones tout fibre, les systèmes de surveillance acoustique sous-marins tout fibre, les réseaux d’hydrophones conformes aux sous-marins légers et aux navires de surface tout fibre, les hydrophones à gradient de fibre à ultra-basse fréquence, les environnements marins Mesure du bruit des sous-marins bruyants et silencieux. L’hydrophone vectoriel à fibre optique de type vitesse de vibration peut détecter le bruit de crête des « infrasons », et il convient au sonar des garde-côtes après mise en réseau, à la détection des sous-marins silencieux et à l’alerte précoce aux tsunamis. Il présente des avantages techniques tels que le multiplexage facile de plusieurs unités, la capacité de travailler électriquement de manière passive, et de fortes capacités de transmission de signaux à longue distance. La technologie de l’hydrophone à fibre optique à structure micro-optique grave directement le capteur sur la fibre optique. Elle présente les avantages suivants : petite taille, facilité de multiplexage par répartition en longueur d’onde, processus de fabrication relativement simple et performances fiables. Il convient aux systèmes de défense et de sécurité maritimes à grande échelle basés à terre et aux réseaux Nano sonores embarqués, aux réseaux de surveillance du bruit marin et à d’autres applications, en particulier les applications de réseaux d’hydrophones traînants.
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