En transducer, der konverterer akustiske signaler til elektriske signaler, og som bruges til at modtage akustiske signaler i vand, kaldes en modtagertransducer og kaldes ofte en hydrofon. Hydrofoner anvendes i vid udstrækning til undervandskommunikation, udforskning af øen, målpositionering, sporing osv. og er vigtige komponenter i sonar. Undervandsdetektion, identifikation, kommunikation og udvikling af overvågning af havmiljøet og marine ressourcer er uadskillelige fra vandlyd Transducer.
En akustisk undervandstransducer er en anordning, der konverterer elektriske signaler til akustiske undervandssignaler eller konverterer akustiske undervandssignaler til elektriske signaler. Dens placering i sonar svarer til antennerne i radioudstyr. Den sender og modtager lydbølger under vandet. Akustisk anordning. En transducer, der konverterer elektriske signaler til akustiske undervandssignaler, bruges til at udstråle lydbølger i vandet, hvilket kaldes en transmitterende transducer. En transducer, der konverterer akustiske signaler til elektriske signaler, bruges til at modtage akustiske signaler i vandet, kaldes en modtagende transducer og kaldes ofte en hydrofon. I henhold til forskellen i arbejdsprincippet, energiomdannelsesprincippet, egenskaberne og strukturen findes der hydrofoner som f.eks. lydtryk, vibrationshastighed, ikke-retningsbestemt, pegende, piezoelektrisk, magnetostriktiv, elektrisk (bevægelig spole) osv. Hydrofoner og mikrofoner har mange ligheder med hensyn til princip og ydeevne. På grund af forskellene i lydmedier skal hydrofoner imidlertid have en solid vandtæt konstruktion og være fremstillet af uigennemtrængelige kabler med korrosionsbeskyttende materialer. Lydtrykshydrofoner registrerer undervandslydsignaler og ændringer i lydtrykket ved støj og producerer en spænding, der er proportional med lydtrykket. Akustisk trykhydrofon er en uundværlig anordning til akustisk måling under vandet og er den centrale del af et passivt sonarsystem. I henhold til de forskellige følsomme materialer, der anvendes, kan lydtrykshydrofoner opdeles i: piezoelektriske keramiske lydtrykshydrofoner, PVDF lydtrykshydrofoner, piezoelektriske komposit lydtrykshydrofoner og lydtrykshydrofoner af optiske fibre. Inden for undervandsakustik betegnes sensorer generelt som transducere, og modtagertransducere omfatter hovedsagelig skalarsensorer og vektorsensorer, også kaldet skalarhydrofoner og vektorhydrofoner. Ved måling af lydfeltet er den traditionelle metode at anvende en skalarhydrofon (lydtrykshydrofon), som kun kan måle skalarparametre i lydfeltet. Typiske skalar-hydrofoner som f.eks. 810X-serien fra B & K-firmaer anvendes ofte som hydrofonstandarder brug. Vektorhydrofonen kan måle vektorparametrene i lydfeltet, og dens anvendelse er nyttig til at opnå vektoroplysningerne i lydfeltet, hvilket er af stor betydning for sonaranordningens funktionsudvidelse. I kontinuerlige medier kan bevægelsestilstanden i nærheden af ethvert punkt udtrykkes ved hjælp af tryk, densitet og mediehastighed. På forskellige steder i lydfeltet har disse fysiske størrelser forskellige værdier og rumlige variationer. For det samme rumlige koordinatpunkt ændrer disse størrelser sig desuden med tiden og har tidsvariabilitet. Derfor er de akustiske størrelser, der beskriver lydfeltet, lydtryk, partikelhastighed og kompression, alle funktioner af tid og rum. I en ideel væske er der ingen forskydningsspænding, så lydtrykket er skalarisk, og partikelhastigheden er vektorisk. Rigtig information om lydfeltet indgår i både skalar- og vektorparametre. I lydfeltmålingsprocessen er det ikke nok kun at måle lydtryksparameteren. Ved samtidig måling af skalarinformation og vektorinformation, dvs. lydtryk og partikelhastighed, kan man opnå fuldstændig information om lydfeltet. På denne måde kan det hjælpe signalbehandlingssystemet til at opnå mere værdifulde oplysninger og foretage korrekte vurderinger. For eksempel: Det fælles informationsbehandlingssystem, der anvender en ny kombinationssensor (lydtryk og vibrationshastighed), har bedre muligheder for antikohærent interferens og linjespektrumdetektion end det traditionelle rene lydtryksinformationsbehandlingssystem; en enkelt kombinationssensor i lille skala passerer leddet gennem Med signalbehandling kan der foretages en fælles vurdering af lydtryk og vibrationshastighed for målazimut. Desuden forbedrer brugen af vektorhydrofoner ud fra et energidetektionsperspektiv systemets evne til at modstå isotropisk støj og kan realisere multi-målgenkendelse i det fjerne felt. Forskningsarbejdet med vektorhydrofoner har fået stor opmærksomhed. Derfor er multiinformationsdetektion, herunder vektorinformation, en udviklingstendens for sonarsystemer og værdsættes i stigende grad af forskellige flådemagter. Med den fortsatte udvikling af teknologien er der behov for flere og flere tekniske krav. For at opfylde behovene i forbindelse med opbygningen af landstationer tjener kystens sonarsystem til tidlig varsling til at opnå fjerndetektion og -identifikation, og lavfrekvente detektionskapaciteter er stadig vigtigere. På grund af fremkomsten af atomdrevne ubåde og den udbredte anvendelse af nye teknologier som f.eks. stealth-undervandsbåde har spørgsmål vedrørende ubådsbekæmpelse desuden fået en hidtil uset opmærksomhed fra forskellige lande. En effektiv metode er at vende sig til at teste propellens lavfrekvente støj. Den iboende støj fra stille ubåde og skibe ligger i det lave frekvensbånd, hvilket kræver en lavfrekvent vektorhydrofon. Det vil sige, at detektionstransduceren skal have en lavfrekvensdetektionsevne. Lavfrekvente tredimensionale rumlige omnidirektionelle vektordetektorer med lav frekvens er blevet et nyt teknisk krav. En vellykket udvikling af sådanne lavfrekvente vektorhydrofoner kan forventes at løse problemet med at detektere lavfrekvente signaler, der transmitteres over store afstande. Samtidig bliver problemet med højfølsom detektion presserende, efterhånden som målsignalet svækkes Optisk fiberhydrofon er en anordning, der anvender den optiske fiberteknologi til at detektere akustiske bølger under vandet. Sammenlignet med traditionelle piezoelektriske hydrofoner har den ekstremt høj følsomhed, et tilstrækkeligt stort dynamisk område, væsentlig modstandsdygtighed over for elektromagnetisk interferens og ingen krav om impedanstilpasning. Den lette vægt af systemets “våde ende” og strukturens vilkårlighed osv. er tilstrækkelig til at imødekomme udfordringerne fra den løbende forbedring af ubådslydteknologien og opfylde kravene i de udviklede landes antiubådsstrategier. .
Hydrofonprincip
Optiske fiberhydrofoner kan opdeles i interferencetype, intensitetstype og gittertype i henhold til princippet. Nøgleteknologien for interferensoptiske fiberhydrofoner er gradvist udviklet og modnet, og der er blevet dannet produkter på nogle områder, og fibergitterhydrofoner er de nuværende hotspots af optiske fiberhydrofoner. Fibergitterhydrofonen er baseret på princippet om, at gitterets resonansbølgelængde bevæger sig med ændringen af de eksterne parametre. Fibergitterhydrofoner er generelt baseret på fiber Bragg-gitterstrukturer, som vist i figur 1. Fiberoptisk hydrofon figur 1 Når udgangslyset fra en bredbåndslyskilde (BBS) passerer gennem et fiber Bragg-gitter (CFBG), kan det i henhold til teorien om modekobling konstateres, at bølgelængden opfylder Bragg-betingelsen: Lysbølgerne vil blive reflekteret tilbage, og de resterende bølgelængder vil blive transmitteret. Hvor er FBG’s resonantkoblingsbølgelængde, dvs. den centrale refleksionsbølgelængde, er kernens effektive brydningsindeks, og n er gitterets afstand. Når spændingen omkring sensorgitteret ændrer sig med lydtrykket i vandet, vil det medføre Or n ændringer, hvilket resulterer i en tilsvarende forskydning af sensorgitterets centrale refleksionsbølgelængde, forskydningsbeløbet er Det bestemmes, at bølgelængdemodulationen af det reflekterede signallys ved det akustiske undervandstryk er opnået. Ved at detektere centerrefleksionsbølgelængdeforskydningen i realtid og derefter i henhold til det lineære forhold mellem hver parameter og lydtrykket kan man derfor få oplysninger om lydtryksændringen.
Hydrofonens egenskaber
(1) Lav støjkarakteristik. Optiske fiberhydrofoner er konstrueret ved hjælp af optiske principper og har høj følsomhed. På grund af deres lave egenstøjskarakteristika er det mindste detekterbare signal 2-3 størrelsesordener højere end traditionelle piezoelektriske hydrofoner, hvilket gør det muligt at detektere svage signaler. (2) Stort dynamisk område. Det dynamiske område for piezoelektriske hydrofoner er generelt 80-90 dB, mens det dynamiske område for fiberoptiske hydrofoner kan være 120-140 dB. (3) Stærk modstandsdygtighed over for elektromagnetisk interferens og signalcrosstalk. All-optiske fiberoptiske hydrofoner anvender lys som bærer til signalaflæsning og transmission. Indflydelsen af elektromagnetisk interferens under et par hundrede megahertz er meget lille, og signalcrosstalk for hver kanal er også meget lille. (4) Velegnet til langdistancetransmission og array. Optisk fibertransmissionstab er lille, velegnet til langdistancetransmission. Optiske fiberhydrofoner multiplexes ved hjælp af frekvensdeling, bølgedeling og tidsdelingsteknikker, hvilket er egnet til store arrays af undervandsarrays i stor skala. (5) Signalaflæsning og transmission er integreret for at forbedre systemets pålidelighed. Laseren udsendes af lyskilden, overføres til den fiberoptiske hydrofon via den optiske fiber, og efter at have opfanget det akustiske signal overføres det tilbage til signalbehandlingsudstyret på land eller på skibet via den optiske fiber. Der er intet elektronisk udstyr under vandet. Desuden har den optiske fiber lave krav til vandtæthed, modstandsdygtighed over for høje temperaturer og korrosionsbestandighed, hvilket i høj grad vil forbedre systemets pålidelighed. (6) Tekniske anvendelsesbetingelser er reduceret. Sonarsystemet ved hjælp af alle optiske fiberoptiske hydrofoner, detektionskablerne og transmissionskablerne er alle optiske kabler, letvægt og lille størrelse, og systemet er let at trække sig tilbage, hvilket gør det umuligt at gennemføre løsninger i fortiden, især for bugserede arrays. Reducerer og forenkler mange problemer.
Hydrofonanvendelse
De vigtigste militære anvendelser af fiberoptiske hydrofoner omfatter: all-fiber hydrofon trukket arrays, all-fiber undervandsbåds akustiske overvågningssystemer, all-fiber lys undervandsbåde og overfladeskibe konforme hydrofonarrays, ultra-lavfrekvente fibergradienthydrofoner, marine miljøer Støj og stille undervandsbådsstøjmåling. Den optiske fibervibrationshastighedstype vektorhydrofon kan detektere sin “infrasound” peak støj, og den er velegnet til kystvagts sonar efter arraying, detektering af stille ubåde og tidlig varsling af tsunamier. Den har tekniske fordele som f.eks. nem multiplexing af flere enheder, mulighed for at arbejde passivt elektrisk og stærke muligheder for signaloverførsel over store afstande. Den mikrooptiske struktur med optisk fiberhydrofonteknologi graverer sensoren direkte på den optiske fiber. Den har fordelene af lille størrelse, let bølgelængde-multiplexing, relativt enkel fremstillingsproces og pålidelig ydeevne. Den er velegnet til store kystbaserede havforsvars- og sikkerhedssystemer og skibsbårne lyd Nano array, marine støjovervågningsarray og andre applikationer, især hydrofondragarrayapplikationer.
I ANDRE SPROG
- English
- Deutsch
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Norsk
- Polski
- Português
- Русскийй
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Čeština
- ไทย
- 中文