Un trasduttore che converte i segnali acustici in segnali elettrici, usato per ricevere segnali acustici in acqua, è chiamato trasduttore ricevente, ed è spesso chiamato idrofono. Gli idrofoni sono ampiamente utilizzati nella comunicazione subacquea, nell’esplorazione dell’isola, nel posizionamento del bersaglio, nell’inseguimento, ecc. e sono componenti importanti del sonar. Il rilevamento subacqueo, l’identificazione, la comunicazione e lo sviluppo del monitoraggio ambientale marino e delle risorse marine sono inseparabili dal suono dell’acqua Trasduttore.
Un trasduttore acustico subacqueo è un dispositivo che converte segnali elettrici in segnali acustici subacquei o converte segnali acustici subacquei in segnali elettrici. La sua posizione nel sonar è simile a quella delle antenne nelle apparecchiature radio. Trasmette e riceve onde sonore sott’acqua. Dispositivo acustico. Un trasduttore che converte i segnali elettrici in segnali acustici subacquei è usato per irradiare le onde sonore nell’acqua, chiamato trasduttore trasmittente. Un trasduttore che converte i segnali acustici in segnali elettrici, usato per ricevere segnali acustici in acqua, è chiamato trasduttore ricevente, ed è spesso chiamato idrofono. Secondo la differenza nel principio di funzionamento, nel principio di conversione dell’energia, nelle caratteristiche e nella struttura, ci sono idrofoni come pressione sonora, velocità di vibrazione, non direzionali, puntati, piezoelettrici, magnetostrittivi, elettrici (bobina mobile) e così via. Idrofoni e microfoni hanno molte somiglianze nel principio e nelle prestazioni. Tuttavia, a causa delle differenze nei mezzi sonori, gli idrofoni devono avere una solida struttura impermeabile e devono essere fatti di cavi impermeabili con materiali anticorrosivi. Gli idrofoni a pressione acustica rilevano i segnali sonori subacquei e i cambiamenti di pressione sonora del rumore e producono un output di tensione proporzionale alla pressione sonora. L’idrofono a pressione acustica è un dispositivo indispensabile nella misurazione acustica subacquea, ed è la parte centrale del sistema sonar passivo. Secondo i diversi materiali sensibili utilizzati, gli idrofoni a pressione sonora possono essere suddivisi in: idrofoni a pressione sonora in ceramica piezoelettrica, idrofoni a pressione sonora in PVDF, idrofoni a pressione sonora compositi piezoelettrici e idrofoni a pressione sonora in fibra ottica. Nel campo dell’acustica subacquea, i sensori sono generalmente indicati come trasduttori, e i trasduttori di ricezione includono principalmente sensori scalari e sensori vettoriali, chiamati anche idrofoni scalari e idrofoni vettoriali. Nella misurazione del campo sonoro, il metodo tradizionale è quello di utilizzare un idrofono scalare (idrofono a pressione sonora), che può misurare solo parametri scalari nel campo sonoro. Idrofoni scalari tipici come la serie 810X delle aziende B & K sono spesso usati come uso standard degli idrofoni. L’idrofono vettoriale può misurare i parametri vettoriali nel campo sonoro, e la sua applicazione è utile per ottenere le informazioni vettoriali del campo sonoro, che è di grande importanza per l’espansione della funzione del dispositivo sonar. Nei mezzi continui, lo stato del moto vicino a qualsiasi punto può essere espresso da pressione, densità e velocità del mezzo. In punti diversi del campo sonoro, queste quantità fisiche hanno valori diversi e hanno una variabilità spaziale. Inoltre, per lo stesso punto di coordinate spaziali, queste quantità cambiano con il tempo e hanno variabilità temporale. Pertanto, le quantità acustiche che descrivono il campo sonoro, la pressione sonora, la velocità delle particelle e la compressione sono tutte funzioni del tempo e dello spazio. In un fluido ideale, non c’è stress di taglio, quindi la pressione sonora è scalare e la velocità delle particelle è vettoriale. Una ricca informazione sul campo sonoro è inclusa in entrambi i parametri scalari e vettoriali. Nel processo di misurazione del campo sonoro, non è sufficiente misurare solo il parametro della pressione sonora. La misurazione simultanea delle informazioni scalari e vettoriali, cioè la pressione sonora e la velocità delle particelle, può ottenere informazioni complete sul campo sonoro. In questo modo, può aiutare il sistema di elaborazione del segnale a ottenere informazioni più preziose e a fare giudizi corretti. Per esempio: il sistema di elaborazione delle informazioni congiunto che utilizza un nuovo sensore di combinazione (pressione sonora e velocità di vibrazione) ha migliori capacità di rilevamento dell’interferenza anti-coerente e dello spettro di linea rispetto al tradizionale sistema di elaborazione delle informazioni di pressione sonora pura; un singolo sensore di combinazione su piccola scala passa il giunto attraverso Con l’elaborazione del segnale, può essere eseguita la stima congiunta di pressione sonora e velocità di vibrazione dell’azimut del bersaglio. Inoltre, dal punto di vista del rilevamento dell’energia, l’uso di idrofoni vettoriali migliora la capacità del sistema di resistere al rumore isotropo, e può realizzare il riconoscimento multi-target nel campo lontano. Il lavoro di ricerca degli idrofoni vettoriali ha ricevuto grande attenzione. Pertanto, il rilevamento di multi-informazioni, comprese le informazioni vettoriali, è una tendenza di sviluppo dei sistemi sonar, ed è sempre più apprezzato da varie potenze navali. Con il continuo sviluppo della tecnologia, sono necessari sempre più requisiti tecnici. Al fine di soddisfare le esigenze della costruzione della stazione costiera, serve il sistema sonar di preallarme della costa per ottenere il rilevamento e l’identificazione a distanza, e le capacità di rilevamento a bassa frequenza sono sempre più importanti. Inoltre, a causa dell’emergere di sottomarini a propulsione nucleare e l’adozione diffusa di nuove tecnologie come lo stealth del sottomarino, le questioni antisommergibile hanno ricevuto un’attenzione senza precedenti da parte di vari paesi. Un metodo efficace è quello di girare per testare il rumore a bassa frequenza dell’elica. Il rumore intrinseco di sottomarini e navi tranquille è nella banda di bassa frequenza, che richiede un idrofono vettoriale a bassa frequenza. Cioè, il trasduttore di rilevamento deve avere una capacità di rilevamento a bassa frequenza. I rivelatori vettoriali omnidirezionali spaziali tridimensionali a bassa frequenza sono diventati un nuovo requisito tecnico. Il successo dello sviluppo di tali idrofoni vettoriali a bassa frequenza può essere previsto per risolvere il problema della rilevazione di segnali a bassa frequenza trasmessi a lunghe distanze. Allo stesso tempo, poiché il segnale del bersaglio si indebolisce, il problema del rilevamento ad alta sensibilità diventa urgente L’idrofono a fibra ottica è un dispositivo che utilizza la tecnologia della fibra ottica per rilevare le onde acustiche subacquee. Rispetto ai tradizionali idrofoni piezoelettrici, ha una sensibilità estremamente elevata, una gamma dinamica sufficientemente ampia, una resistenza essenziale alle interferenze elettromagnetiche e nessun requisito di adattamento dell’impedenza. La leggerezza dell'”estremità bagnata” del sistema e l’arbitrarietà della struttura, ecc., sono sufficienti per affrontare le sfide del continuo miglioramento della tecnologia dello squelch sottomarino, e soddisfare i requisiti delle strategie antisommergibile dei paesi sviluppati. .
Principio degli idrofoni
Gli idrofoni in fibra ottica possono essere divisi in tipo interferenza, tipo intensità e tipo reticolo secondo il principio. La tecnologia chiave degli idrofoni in fibra ottica a interferenza si è gradualmente sviluppata e maturata, e i prodotti sono stati formati in alcuni campi, e gli idrofoni a reticolo in fibra sono gli attuali punti caldi degli idrofoni in fibra ottica. L’idrofono a reticolo in fibra si basa sul principio che la lunghezza d’onda di risonanza del reticolo si muove con il cambiamento dei parametri esterni. Gli idrofoni a reticolo in fibra sono generalmente basati su strutture a reticolo di Bragg in fibra, come mostrato nella Figura 1. Idrofono a fibra ottica figura 1 Quando la luce in uscita di una sorgente luminosa a banda larga (BBS) passa attraverso un reticolo in fibra di Bragg (CFBG), secondo la teoria dell’accoppiamento dei modi, si può sapere che la lunghezza d’onda soddisfa la condizione di Bragg: Le onde luminose saranno riflesse indietro, e le rimanenti lunghezze d’onda saranno trasmesse. Dove è la lunghezza d’onda di accoppiamento risonante di FBG, cioè la lunghezza d’onda di riflessione centrale, è l’indice di rifrazione effettivo del nucleo, e n è il passo del reticolo. Quando lo stress intorno al reticolo di rilevamento cambia con la pressione sonora nell’acqua, causerà Or n cambiamenti, con conseguente spostamento della lunghezza d’onda di riflessione centrale corrispondente del reticolo di rilevamento, l’importo dello spostamento è Si determina che la modulazione della lunghezza d’onda della luce del segnale riflesso dalla pressione acustica subacquea è raggiunto. Pertanto, rilevando lo spostamento della lunghezza d’onda di riflessione centrale in tempo reale, e poi secondo la relazione lineare tra ogni parametro e la pressione sonora, le informazioni del cambiamento della pressione sonora possono essere ottenute.
Caratteristiche degli idrofoni
(1) Caratteristiche di basso rumore. Gli idrofoni a fibra ottica sono costruiti utilizzando principi ottici e hanno un’alta sensibilità. Grazie alle loro caratteristiche di basso auto-rumore, il minimo segnale rilevabile è 2-3 ordini di grandezza superiore rispetto ai tradizionali idrofoni piezoelettrici, il che rende possibile il rilevamento di segnali deboli. (2) Grande gamma dinamica. La gamma dinamica degli idrofoni piezoelettrici è generalmente 80-90dB, mentre la gamma dinamica degli idrofoni a fibra ottica può essere 120-140dB. (3) Forte resistenza alle interferenze elettromagnetiche e alla diafonia del segnale. Gli idrofoni a fibra ottica utilizzano la luce come vettore per il rilevamento e la trasmissione del segnale. L’influenza dell’interferenza elettromagnetica sotto qualche centinaio di megahertz è molto piccola, e la diafonia del segnale di ogni canale è anche molto piccola. (4) Adatto per la trasmissione a lunga distanza e array. La perdita di trasmissione in fibra ottica è piccola, adatta alla trasmissione a lunga distanza. Gli idrofoni in fibra ottica sono multiplexati utilizzando la divisione di frequenza, la divisione d’onda e le tecniche di divisione del tempo, che è adatto per array su larga scala di array subacquei. (5) Il rilevamento e la trasmissione del segnale sono integrati per migliorare l’affidabilità del sistema. Il laser viene emesso dalla sorgente di luce, trasmesso all’idrofono a fibra ottica attraverso la fibra ottica, e dopo aver raccolto il segnale acustico, viene ritrasmesso all’attrezzatura di elaborazione dei segnali a terra o sulla nave attraverso la fibra ottica. Non ci sono apparecchiature elettroniche sott’acqua. Inoltre, la fibra ottica ha bassi requisiti di tenuta stagna, resistenza alle alte temperature e resistenza alla corrosione, che migliorerà notevolmente l’affidabilità del sistema. (6) Le condizioni di applicazione dell’ingegneria sono ridotte. Il sistema sonar utilizzando tutti gli idrofoni ottici in fibra ottica, i cavi di rilevamento e cavi di trasmissione sono tutti cavi ottici, peso leggero e di piccole dimensioni, e il sistema è facile da ritrarre, il che rende impossibile implementare soluzioni in passato, soprattutto per gli array trainati. Ridurre e semplificare molti problemi.
Applicazione degli idrofoni
Le principali applicazioni militari di idrofoni in fibra ottica includono: tutti gli array trainati da idrofoni in fibra, tutti i sistemi di monitoraggio acustico sottomarino in fibra, tutti i sottomarini leggeri in fibra e le navi di superficie array di idrofoni conformali, idrofoni in fibra a bassissima frequenza a gradiente, ambienti marini Rumore e misurazione del rumore sottomarino tranquillo. L’idrofono vettoriale in fibra ottica a velocità di vibrazione può rilevare il suo rumore di picco “infrasuoni”, ed è adatto per il sonar della guardia costiera dopo l’allineamento, il rilevamento di sottomarini tranquilli e l’allarme rapido tsunami. Ha vantaggi tecnici come la facile multiplazione di più unità, la capacità di lavorare passivamente in modo elettrico e una forte capacità di trasmissione del segnale a lunga distanza. La tecnologia dell’idrofono in fibra ottica a struttura micro-ottica incide direttamente il sensore sulla fibra ottica. Ha i vantaggi di piccole dimensioni, facile multiplazione della divisione della lunghezza d’onda, processo di produzione relativamente semplice e prestazioni affidabili. E ‘adatto per la difesa del mare su larga scala a terra e sistemi di sicurezza e il suono della nave Nano array, array di monitoraggio del rumore marino e altre applicazioni, in particolare idrofono trascinare le applicazioni di array.
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