水中で音響信号を受信するために用いる、音響信号を電気信号に変換する変換器を受信変換器といい、ハイドロフォンと呼ばれることが多いようです。 ハイドロホンは水中通信、島の探査、目標物の位置確認、追跡などに広く使われており、ソナーの重要な構成要素である。 水中での探知、識別、通信、海洋環境監視や海洋資源の開発は、水中音響トランスデューサと切っても切れない関係にある。
水中音響変換器とは、電気信号を水中音響信号に変換したり、水中音響信号を電気信号に変換する装置のことで、水中音響変換器とは、水中音響信号を電気信号に変換する装置のことである。 ソナーにおける位置づけは、無線機におけるアンテナと同様である。 水中で音波を送受信する。 音響装置。 電気信号を水中音響信号に変換して水中に音波を放射するもので、送信用トランスデューサと呼ばれる。 水中で音響信号を受信するために使用される、音響信号を電気信号に変換するトランスデューサは受信トランスデューサと呼ばれ、ハイドロフォンと呼ばれることが多い。 動作原理、エネルギー変換原理、特性、構造の違いにより、音圧型、振動速度型、無指向型、指向型、圧電型、磁歪型、電気型（ムービングコイル）等のハイドロホンがある。 ハイドロホンとマイクロホンは、原理や性能に共通点が多い。 しかし、音波媒体の違いから、ハイドロホンは強固な水密構造を持ち、耐腐食性のある不浸透性ケーブルを使用する必要がある。 音圧式ハイドロホンは、水中の音信号や騒音の音圧変化を検出し、音圧に比例した電圧を出力する。 音圧式ハイドロホンは水中音響計測に欠かせない装置であり、パッシブソナーシステムの核となる部分である。 音圧式ハイドロホンは、使用する感応材料の違いにより、圧電セラミック音圧式ハイドロフォン、PVDF音圧式ハイドロフォン、圧電複合音圧式ハイドロフォン、光ファイバ音圧式ハイドロフォンに分けられる。 水中音響の分野では、一般にセンサーをトランスデューサと呼び、受信用トランスデューサには主にスカラセンサーとベクトルセンサーがあり、スカラハイドロホン、ベクトルハイドロホンとも呼ばれる。 音場計測では、音場中のスカラーパラメータのみを計測できるスカラーハイドロフォン（音圧式ハイドロフォン）を用いるのが従来の方法であった。 スカラーハイドロホンの代表的なものとして、B & K社の810Xシリーズなどがハイドロフォンの標準使用としてよく使用されている。 ベクトル型ハイドロホンは音場のベクトルパラメータを測定することができ、その応用は音場のベクトル情報を得るのに役立ち、ソナー装置の機能拡張に大きな意味を持つ。 連続した媒質では、任意の点付近の運動状態は圧力、密度、媒質速度で表すことができる。 音場内の異なる位置では、これらの物理量は異なる値を持ち、空間的なばらつきがある。 また、同じ空間座標点では、これらの物理量は時間と共に変化し、時間変動を持つ。 したがって、音場、音圧、粒子速度、圧縮を記述する音響量は、すべて時間と空間の関数である。 理想的な流体では、せん断応力がないので、音圧はスカラー、粒子速度はベクトルである。 豊富な音場情報はスカラーパラメータとベクトルパラメータの両方に含まれる。 音場計測では、音圧パラメータだけを計測すればよいというわけではありません。 スカラー情報とベクトル情報、すなわち音圧と粒子速度を同時に測定することで、完全な音場情報を得ることができる。 このように、信号処理システムがより価値のある情報を取得し、正しい判断を下すのに役立ちます。 例えば、新しい組み合わせセンサー（音圧と振動速度）を使用した共同情報処理システムは、従来の純粋な音圧情報処理システムよりも優れた抗コヒーレント干渉とラインスペクトル検出能力を備えています。単一の小規模な組み合わせセンサーは、関節を通過 信号処理により、目標方位の音圧と振動速度の共同推定を実行することが可能です。 また、エネルギー検出の観点からは、ベクトルハイドロホンを用いることで、等方性雑音に対するシステムの耐性を向上させ、遠距離における多目標の認識を実現することができます。 ベクトルハイドロホンの研究成果は、非常に注目されています。 したがって、ベクトル情報を含む多情報検出はソナーシステムの開発トレンドであり、各海軍大国からますます評価されています。 技術の継続的な発展に伴い、より多くの技術的要求が必要とされています。 海岸駅建設のニーズを満たすために、それはリモート検出と識別を達成するために海岸早期警戒ソナーシステムを提供し、低周波検出能力はますます重要である。 また、原子力潜水艦の出現や潜水艦ステルスなどの新技術の普及により、対潜水艦問題は各国からかつてないほど注目されている。 有効な方法としては、プロペラの低周波騒音を試験するために回すことです。 静かな潜水艦や船舶の固有騒音は低周波帯域であり、低周波ベクトルハイドロホンが必要となります。 すなわち、検出用トランスデューサには、低周波検出能力が要求される。 低周波の3次元空間無指向性ベクトル検出器は、新しい技術的要求となっている。 このような低周波ベクトルハイドロホンの開発に成功すれば、遠距離に伝わる低周波信号の検出という問題を解決することが期待できる。 一方、対象信号が弱くなると、高感度検出が急務となる。 光ファイバー式ハイドロホンは、光ファイバー技術を利用して水中の音響波を検出する装置である。 従来の圧電型ハイドロホンと比較して、極めて高い感度、十分に広いダイナミックレンジ、本質的な電磁波障害への耐性、インピーダンスマッチングの必要性がない、などの特徴がある。 また、システムの「ウェットエンド」の軽量化、構造の任意性など、潜水艦スクエルチ技術の絶え間ない向上による課題に十分対応でき、先進国の対潜水艦戦略の要求事項を満たしています。 .
ハイドロフォンの原理
光ファイバーハイドロフォンは、原理によって干渉型、強度型、回折格子型に分けられる。 干渉型光ファイバハイドロホンのキーテクノロジーは徐々に発展・成熟し、一部の分野で製品が形成され、ファイバグレーティングハイドロホンは光ファイバハイドロホンの現在のホットスポットである。 ファイバーグレーティングハイドロホンは、外部パラメータの変化によりグレーティングの共振波長が移動することを原理としている。 ファイバーグレーティングハイドロホンは、一般的に図1に示すようなファイバーブラッググレーティング構造に基づいている。 光ファイバ型ハイドロフォン 図 1 広帯域光源（BBS）の出力光がファイバブラッググレーティング（CFBG）を通過するとき、モード結合理論によれば、その波長はブラッグ条件を満たすことが知られています。 光波は反射して戻り、残りの波長は透過します。 ここで、Is は FBG の共振結合波長、すなわち中心反射波長、Is はコアの有効屈折率、n はグレーティングピッチである。 水中音圧によって検出格子周辺の応力が変化すると、Or nが変化し、それに伴って検出格子の中心反射波長がシフトし、そのシフト量は 水中音圧による反射信号光の波長変調が実現されると判断される。 したがって、中心反射波長シフトをリアルタイムで検出し、各パラメータと音圧の線形関係に従って、音圧変化の情報を得ることができる。
ハイドロフォンの特徴
(1)低ノイズ特性。 光ファイバー式ハイドロホンは、光学的な原理で構成されており、高い感度を有している。 自己雑音特性が低いため、検出可能な最小信号が従来の圧電型ハイドロフォンに比べて2～3桁高く、微弱な信号の検出が可能です。 (2) ダイナミックレンジが大きい。 圧電式ハイドロフォンのダイナミックレンジは一般的に80～90dBであるが、光ファイバー式ハイドロフォンのダイナミックレンジは120～140dBにもなる。 (3) 電磁波の干渉や信号のクロストークに強い。 光ファイバー式ハイドロホンは、光をキャリアとして信号の検出と伝送を行う。 数百メガヘルツ以下の電磁波の影響は非常に小さく、各チャンネルの信号のクロストークも非常に小さい。 (4) 長距離伝送やアレイに適している。 光ファイバーの伝送損失は小さく、長距離伝送に適しています。 光ファイバハイドロホンは、周波数分割、波長分割、時分割の技術で多重化されており、水中アレイのような大規模なアレイに適している。 (5) 信号のセンシングと伝送を一体化し、システムの信頼性を向上させている。 光源からレーザーを照射し、光ファイバーで光ファイバー式ハイドロフォンに伝送し、音響信号を拾った後、光ファイバーで陸上または船上の信号処理装置に送り返します。 水中には電子機器は存在しない。 また、光ファイバーは水密性、耐高温性、耐腐食性などの要求が低いため、システムの信頼性を大幅に向上させることができる。 (6)工学的な適用条件が緩和される。 全光ファイバ式ハイドロフォンを用いたソナーシステムは、探知ケーブル、伝送ケーブルが全て光ケーブルであり、軽量・小型で、システムの格納が容易であるため、従来、特に曳航式アレイでは実現できなかった解決策を実現することが可能です。 多くの問題を削減し、簡素化する。
ハイドロフォンアプリケーション
光ファイバーハイドロフォンの主な軍事アプリケーションは次のとおりです。全ファイバーハイドロフォン牽引アレイ、全ファイバー海底音響モニタリングシステム、全ファイバー光潜水艦と水上艦コンフォーマルハイドロフォンアレイ、超低周波ファイバーグレードハイドロフォン、海洋環境ノイズと静かな海底のノイズの計測を行います。 光ファイバー振動速度型ベクトルハイドロホンは、その「低周波音」のピークノイズを検出でき、アレイ化後の沿岸警備隊ソナー、静かな潜水艦の検出、津波早期警戒に適しています。 それは容易なマルチユニット多重化、電気的にパッシブに動作する能力、および強力な長距離信号伝送能力などの技術的な利点があります。 マイクロ光学構造光ファイバーハイドロフォン技術は、光ファイバーに直接センサーを刻みます。 小型で波長分割多重化が容易、製造工程が比較的簡単、性能が信頼できるなどの利点があります。 これは、大規模な海岸ベースの海の防衛とセキュリティシステムおよび船上音ナノアレイ、海洋ノイズ監視アレイおよび他のアプリケーション、特にハイドロホンドラッグアレイのアプリケーションに適しています。
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