Az akusztikus jeleket elektromos jellé alakító, vízben lévő akusztikus jelek vételére használt jelátalakítót vételi jelátalakítónak, gyakran hidrofonnak is nevezik. A hidrofonokat széles körben használják a víz alatti kommunikációban, a szigetek felderítésében, a célmeghatározásban, a nyomkövetésben stb. és a szonár fontos alkotóelemei. A víz alatti észlelés, azonosítás, kommunikáció, valamint a tengeri környezeti megfigyelés és a tengeri erőforrások fejlesztése elválaszthatatlan a vízi hangátalakítótól.
A víz alatti akusztikus jelátalakító olyan eszköz, amely elektromos jeleket alakít át víz alatti akusztikus jelekké, vagy víz alatti akusztikus jeleket alakít át elektromos jelekké. Helyzete a szonárban hasonló a rádióberendezések antennáihoz. A víz alatt hanghullámokat továbbít és fogad. Akusztikus eszköz. Az elektromos jeleket víz alatti akusztikus jelekké alakító jelátalakítót arra használják, hogy hanghullámokat sugározzon a vízbe, ezt nevezzük sugárzó jelátalakítónak. Az akusztikus jeleket elektromos jelekké alakító átalakítót, amelyet akusztikus jelek vételére használnak a vízben, vételi átalakítónak nevezik, és gyakran nevezik hidrofonnak. A működési elv, az energiaátalakítási elv, a jellemzők és a szerkezet különbsége szerint vannak hidrofonok, például hangnyomás, rezgési sebesség, nem irányított, mutatós, piezoelektromos, magnetostriktív, elektromos (mozgó tekercs) és így tovább. A hidrofonok és a mikrofonok sok hasonlóságot mutatnak az elv és a teljesítmény tekintetében. A hanghordozók közötti különbségek miatt azonban a hidrofonoknak szilárd, vízzáró szerkezettel kell rendelkezniük, és korrózióálló anyagú, korrózióálló kábelekből kell készülniük. A hangnyomás-hidrofonok érzékelik a víz alatti hangjeleket és a zaj hangnyomás-változásait, és a hangnyomással arányos feszültségkimenetet állítanak elő. A hangnyomás-hidrofon a víz alatti akusztikai mérések nélkülözhetetlen eszköze, és a passzív szonárrendszer központi része. Az alkalmazott különböző érzékeny anyagok szerint a hangnyomás-hidrofonok a következőkre oszthatók: piezoelektromos kerámia hangnyomás-hidrofonok, PVDF hangnyomás-hidrofonok, piezoelektromos kompozit hangnyomás-hidrofonok és optikai szálas hangnyomás-hidrofonok. A víz alatti akusztika területén az érzékelőket általában átalakítóknak nevezik, és a vevő átalakítók főként skaláris érzékelőket és vektoros érzékelőket tartalmaznak, amelyeket skaláris hidrofonoknak és vektoros hidrofonoknak is neveznek. A hangtérmérésnél a hagyományos módszer a skaláris hidrofon (hangnyomás-hidrofon) használata, amely csak skaláris paramétereket képes mérni a hangtérben. A tipikus skalár hidrofonokat, például a B & K cégek 810X sorozatát gyakran használják hidrofon szabványok használatára. A vektoros hidrofon képes mérni a vektoros paramétereket a hangtérben, és alkalmazása hasznos a hangtér vektoros információinak megszerzéséhez, ami nagy jelentőséggel bír a szonárkészülék funkcióbővítése szempontjából. A folytonos közegekben a bármely pont közelében lévő mozgásállapotot a nyomás, a sűrűség és a közeg sebessége fejezheti ki. A hangmező különböző pontjain ezek a fizikai mennyiségek különböző értékeket vesznek fel, és térbeli változékonysággal rendelkeznek. Ráadásul ugyanazon térbeli koordinátapont esetében ezek a mennyiségek az idővel változnak, és időbeli változékonysággal rendelkeznek. Ezért a hangmezőt leíró akusztikai mennyiségek, a hangnyomás, a részecskék sebessége és a sűrítés mind az idő és a tér függvényei. Ideális folyadékban nincs nyírófeszültség, így a hangnyomás skalár, a részecskék sebessége pedig vektor. Mind a skalár-, mind a vektorparaméterek gazdag hangtérinformációt tartalmaznak. A hangtérmérés során nem elegendő csak a hangnyomás paramétert mérni. A skalárinformáció és a vektorinformáció, azaz a hangnyomás és a részecskék sebessége egyidejű mérésével teljes hangtérinformáció nyerhető. Ezáltal a jelfeldolgozó rendszer több értékes információhoz juthat, és helyes ítéleteket hozhat. Például: az új kombinált érzékelőt (hangnyomás és rezgéssebesség) használó közös információfeldolgozó rendszer jobb antikoherens interferencia- és vonalspektrum-érzékelési képességekkel rendelkezik, mint a hagyományos tiszta hangnyomás-információfeldolgozó rendszer; egyetlen kis méretű kombinált érzékelő áthalad a közösön A jelfeldolgozással a cél azimutjának közös hangnyomás és rezgéssebesség becslése elvégezhető. Ezenkívül az energiaérzékelés szempontjából a vektoros hidrofonok használata javítja a rendszer izotróp zajjal szembeni ellenálló képességét, és több célpont felismerését valósíthatja meg a távoli mezőben. A vektoros hidrofonok kutatási munkája nagy figyelmet kapott. Ezért a több információ felismerése, beleértve a vektorinformációt is, a szonárrendszerek fejlesztési iránya, és a különböző haditengerészeti hatalmak egyre inkább értékelik. A technológia folyamatos fejlődésével egyre több műszaki követelményre van szükség. A parti állomásépítés igényeinek kielégítése érdekében a part menti korai figyelmeztető szonárrendszer a távérzékelés és -azonosítás megvalósítására szolgál, és az alacsony frekvenciájú érzékelési képességek egyre fontosabbak. Ezenkívül az atommeghajtású tengeralattjárók megjelenése és az új technológiák, például a tengeralattjáró lopakodó képességének széles körű elfogadása miatt a tengeralattjárók elleni kérdések soha nem látott figyelmet kaptak a különböző országok részéről. Egy hatékony módszer a hajócsavar alacsony frekvenciájú zajának vizsgálatára való fordulás. A csendes tengeralattjárók és hajók saját zaja az alacsony frekvenciasávban van, ami alacsony frekvenciájú vektoros hidrofont igényel. Vagyis az érzékelő jelátalakítónak alacsony frekvenciájú érzékelési képességgel kell rendelkeznie. Az alacsony frekvenciájú, háromdimenziós, térbeli, minden irányú vektoros érzékelők új műszaki követelménnyé váltak. Az ilyen alacsony frekvenciájú vektoros hidrofonok sikeres kifejlesztése várhatóan megoldja a nagy távolságokra sugárzott alacsony frekvenciájú jelek érzékelésének problémáját. Ugyanakkor, ahogy a céljel gyengül, a nagy érzékenységű érzékelés problémája sürgőssé válik Az optikai szálas hidrofon olyan eszköz, amely az optikai szálas technológiát használja a víz alatti akusztikus hullámok érzékelésére. A hagyományos piezoelektromos hidrofonokkal összehasonlítva rendkívül nagy érzékenységgel, kellően nagy dinamikatartománnyal, az elektromágneses interferenciával szembeni alapvető ellenállással és impedanciaillesztési követelmények nélkül rendelkezik. A rendszer “nedves végének” könnyű súlya és a szerkezet tetszőleges felépítése stb. elegendő ahhoz, hogy megfeleljen a tengeralattjáró squelch technológia folyamatos fejlesztéséből származó kihívásoknak, és megfeleljen a fejlett országok tengeralattjáró elleni stratégiáinak követelményeinek. .
A hidrofon elve
Az optikai szálas hidrofonok az elv szerint interferencia típusra, intenzitás típusra és rácsos típusra oszthatók. Az interferencia optikai szálas hidrofonok kulcsfontosságú technológiája fokozatosan fejlődött és érett, és egyes területeken termékek alakultak ki, és a szálrácsos hidrofonok az optikai szálas hidrofonok jelenlegi forró pontjai. A szálrácsos hidrofon azon az elven alapul, hogy a rács rezonáns hullámhossza a külső paraméterek változásával mozog. A szálrácsos hidrofonok általában szálas Bragg-rácsos szerkezeteken alapulnak, amint az az 1. ábrán látható. Száloptikai hidrofon 1. ábra Amikor egy szélessávú fényforrás (BBS) kimeneti fénye áthalad egy szálas Bragg-rácson (CFBG), a móduszkapcsolási elmélet szerint ismert, hogy a hullámhossz megfelel a Bragg-feltételnek: A fényhullámok visszaverődnek, és a fennmaradó hullámhosszok továbbításra kerülnek. Ahol Is az FBG rezonáns csatolási hullámhossza, azaz a központi visszaverődési hullámhossz, Is a mag effektív törésmutatója, és n a rácsosztás. Amikor az érzékelő rács körüli feszültség a vízben lévő hangnyomással változik, az Or n változásokat okoz, ami az érzékelő rács megfelelő központi visszaverődési hullámhosszának eltolódását eredményezi, az eltolódás összege Megállapítható, hogy a visszavert jelfény hullámhossz-modulációja a víz alatti akusztikus nyomással megvalósul. Ezért a középreflexiós hullámhossz-eltolódás valós idejű érzékelésével, majd az egyes paraméterek és a hangnyomás közötti lineáris kapcsolatnak megfelelően a hangnyomás változásáról szóló információ nyerhető.
A hidrofon jellemzői
(1) Alacsony zajjellemzők. Az optikai szálas hidrofonok optikai elvek alapján készülnek, és nagy érzékenységgel rendelkeznek. Alacsony önzajjellemzőiknek köszönhetően a minimálisan érzékelhető jel 2-3 nagyságrenddel magasabb, mint a hagyományos piezoelektromos hidrofonoké, ami lehetővé teszi a gyenge jelek érzékelését. (2) Nagy dinamikai tartomány. A piezoelektromos hidrofonok dinamikatartománya általában 80-90 dB, míg a száloptikai hidrofonok dinamikatartománya 120-140 dB lehet. (3) Erős ellenállás az elektromágneses interferenciával és a jelátvitellel szemben. A teljesen optikai száloptikai hidrofonok a jelérzékeléshez és -átvitelhez hordozóként fényt használnak. Az elektromágneses interferencia hatása néhány száz megahertz alatt nagyon kicsi, és az egyes csatornák jelátvitele is nagyon kicsi. (4) Alkalmas nagy távolságra történő átvitelre és tömbösítésre. Az optikai szálak átviteli vesztesége kicsi, hosszú távú átvitelre alkalmas. Az optikai szálas hidrofonokat frekvenciaosztásos, hullámosztásos és időosztásos technikákkal multiplexálják, ami alkalmas nagyméretű víz alatti tömbökhöz. (5) A jelérzékelés és a jelátvitel integrálva van a rendszer megbízhatóságának javítása érdekében. A lézert a fényforrás bocsátja ki, az optikai szálon keresztül továbbítja a száloptikai hidrofonhoz, és az akusztikus jel felvétele után az optikai szálon keresztül továbbítja vissza a parton vagy a hajón lévő jelfeldolgozó berendezéshez. A víz alatt nincsenek elektronikus berendezések. Ezenkívül az optikai szál alacsony követelményeket támaszt a vízzárósággal, a magas hőmérsékleti ellenállással és a korrózióállósággal szemben, ami nagymértékben javítja a rendszer megbízhatóságát. (6) A mérnöki alkalmazási feltételek csökkennek. Az összes optikai száloptikai hidrofonokat használó szonárrendszer, az érzékelő kábelek és az átviteli kábelek mind optikai kábelek, könnyű és kis méretűek, és a rendszer könnyen visszahúzható, ami lehetetlenné teszi a múltbeli megoldások végrehajtását, különösen a vontatott tömbök esetében. Számos kérdés csökkentése és egyszerűsítése.
Hidrofon alkalmazás
A száloptikai hidrofonok fő katonai alkalmazásai közé tartoznak: teljes szálas hidrofon vontatott tömbök, teljes szálas tengeralattjáró akusztikai megfigyelő rendszerek, teljes szálas könnyű tengeralattjárók és felszíni hajók konformális hidrofon tömbök, ultra alacsony frekvenciájú szálas gradiens hidrofonok, tengeri környezet Zaj és csendes tengeralattjáró zajmérés. Az optikai szálas rezgési sebesség típusú vektoros hidrofon képes érzékelni az “infrasound” csúcszaját, és alkalmas a parti őrség szonárjaira az elrendezés után, a csendes tengeralattjárók és a cunami korai figyelmeztetés észlelésére. Olyan technikai előnyökkel rendelkezik, mint a könnyű több egységből álló multiplexelés, a passzív elektromos működés képessége és az erős hosszú távú jelátviteli képességek. A mikrooptikai szerkezetű optikai szálas hidrofon technológia közvetlenül az optikai szálra gravírozza az érzékelőt. Előnye a kis méret, a könnyű hullámhossz-megosztásos multiplexelés, a viszonylag egyszerű gyártási folyamat és a megbízható teljesítmény. Alkalmas nagyméretű part menti tengeri védelmi és biztonsági rendszerekhez és hajózási hang Nano tömb, tengeri zajfigyelő tömb és egyéb alkalmazásokhoz, különösen hidrofon-húzótömb alkalmazásokhoz.
MÁS NYELVEN
- Angol
- Deutsch
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Norsk
- Polski
- Português
- Русский
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Čeština
- ไทย
- 中文