Een transducer die akoestische signalen omzet in elektrische signalen, en die wordt gebruikt om akoestische signalen in water te ontvangen, wordt een ontvangsttransducer genoemd, en wordt vaak een hydrofoon genoemd. Hydrofoons worden veel gebruikt bij onderwatercommunicatie, exploratie van het eiland, doelpositionering, tracking, enz. en zijn belangrijke onderdelen van sonar. Opsporing onder water, identificatie, communicatie en ontwikkeling van toezicht op het mariene milieu en de mariene hulpbronnen zijn onlosmakelijk verbonden met watergeluid Transducer.
Een akoestische transducer voor onderwater is een apparaat dat elektrische signalen omzet in akoestische signalen voor onderwater of akoestische signalen voor onderwater omzet in elektrische signalen. De positie ervan in sonar is vergelijkbaar met die van antennes in radioapparatuur. Het zendt en ontvangt geluidsgolven onder water. Akoestisch apparaat. Een transducer die elektrische signalen omzet in akoestische onderwatersignalen wordt gebruikt om geluidsgolven in het water uit te zenden, en wordt een zendtransducer genoemd. Een transducer die akoestische signalen omzet in elektrische signalen, en die gebruikt wordt om akoestische signalen in het water te ontvangen, wordt een ontvangende transducer genoemd, en wordt vaak een hydrofoon genoemd. Naar gelang van het verschil in werkingsprincipe, energieomzettingsprincipe, kenmerken en structuur zijn er hydrofoons zoals geluidsdruk, trillingssnelheid, niet-richtingsgevoelig, richtingsgevoelig, piëzo-elektrisch, magnetostrictief, elektrisch (bewegende spoel), enzovoort. Hydrofoons en microfoons vertonen veel overeenkomsten qua principe en prestaties. Wegens de verschillen in geluidsdrager moeten hydrofoons echter een stevige waterdichte structuur hebben en moeten zij gemaakt zijn van ondoordringbare kabels met corrosiewerende materialen. Geluidsdrukhydrofoons detecteren onderwatergeluidssignalen en geluidsdrukveranderingen en produceren een spanningsoutput die evenredig is met de geluidsdruk. De akoestische drukhydrofoon is een onmisbaar instrument in de akoestische meting onder water, en het is het kernonderdeel van het passieve sonarsysteem. Volgens de verschillende gebruikte gevoelige materialen kunnen geluidsdrukhydrofoons worden onderverdeeld in: piëzo-elektrische geluidsdrukhydrofoons van keramiek, geluidsdrukhydrofoons van PVDF, geluidsdrukhydrofoons van piëzo-elektrische composietmaterialen, en geluidsdrukhydrofoons van optische vezels. Op het gebied van de onderwaterakoestiek worden sensoren in het algemeen omzetters genoemd, en de ontvangende omzetters omvatten hoofdzakelijk scalaire sensoren en vectorsensoren, ook wel scalaire hydrofoons en vectorhydrofoons genoemd. Bij de meting van het geluidsveld is de traditionele methode het gebruik van een scalaire hydrofoon (geluidsdrukhydrofoon), die alleen scalaire parameters in het geluidsveld kan meten. Typische scalaire hydrofoons zoals de 810X serie van B & K bedrijven worden vaak als hydrofoon standaard gebruikt. De vector hydrofoon kan de vectorparameters in het geluidsveld meten, en zijn toepassing is nuttig om de vectorinformatie van het geluidsveld te verkrijgen, die van groot belang is voor de functie-uitbreiding van het sonarapparaat. In continue media kan de bewegingstoestand nabij elk punt worden uitgedrukt door druk, dichtheid en mediasnelheid. Op verschillende plaatsen in het geluidsveld hebben deze fysische grootheden verschillende waarden en vertonen zij ruimtelijke variabiliteit. Bovendien veranderen deze grootheden voor hetzelfde ruimtelijke coördinaatpunt met de tijd en vertonen zij variabiliteit in de tijd. Daarom zijn de akoestische grootheden die het geluidsveld beschrijven, de geluidsdruk, de deeltjessnelheid en de compressie allemaal functies van tijd en ruimte. In een ideale vloeistof is er geen afschuifspanning, zodat de geluidsdruk scalair is en de deeltjesnelheid vector. Zowel de scalaire als de vector parameters bevatten rijke informatie over het geluidsveld. Bij de meting van het geluidsveld is het niet voldoende om alleen de geluidsdrukparameter te meten. Gelijktijdige meting van scalaire informatie en vectorinformatie, d.w.z. geluidsdruk en deeltjesnelheid, kan volledige geluidsveldinformatie verkrijgen. Op deze manier kan het signaalverwerkingssysteem meer waardevolle informatie verkrijgen en correcte oordelen vellen. Bijvoorbeeld: het gezamenlijke informatieverwerkingssysteem dat gebruik maakt van een nieuwe combinatiesensor (geluidsdruk en trillingssnelheid) heeft betere mogelijkheden voor anti-coherente interferentie en lijnspectrumdetectie dan het traditionele zuivere geluidsdrukinformatieverwerkingssysteem; één enkele kleinschalige combinatiesensor passeert het gewricht met signaalverwerking, gezamenlijke geluidsdruk en trillingssnelheidschatting van het azimut van het doel kan worden uitgevoerd. Bovendien verbetert het gebruik van vectorhydrofoons, vanuit het oogpunt van energiedetectie, het vermogen van het systeem om weerstand te bieden aan isotrope ruis, en kan het multi-target herkenning in het verre veld realiseren. Het onderzoekswerk van vector hydrofoons heeft veel aandacht gekregen. Daarom is multi-informatie detectie, met inbegrip van vectorinformatie, een ontwikkelingstrend van sonarsystemen, en wordt het steeds meer gewaardeerd door verschillende zeemachten. Met de voortdurende ontwikkeling van de technologie zijn er steeds meer technische eisen nodig. Om aan de behoeften van de bouw van walstations te voldoen, dient het sonarsysteem voor vroegtijdige waarschuwing van de kust om detectie en identificatie op afstand te bereiken, en de mogelijkheden voor detectie bij lage frequenties worden steeds belangrijker. Bovendien hebben de opkomst van door kernenergie aangedreven onderzeeërs en de wijdverspreide invoering van nieuwe technologieën, zoals de stealth van onderzeeërs, ongekende aandacht gekregen van verschillende landen. Een doeltreffende methode is het testen van het laagfrequente geluid van de propeller. Het intrinsieke geluid van stille onderzeeërs en schepen ligt in de lage frequentieband, zodat een laagfrequente vector-hydrofoon nodig is. Dat wil zeggen dat de detectie-transducer een laagfrequent detectievermogen moet hebben. Drie-dimensionale ruimtelijke omnidirectionele vectordetectoren voor lage frequenties zijn een nieuwe technische vereiste geworden. De succesvolle ontwikkeling van dergelijke laagfrequente vectorhydrofoons zal naar verwachting een oplossing bieden voor het probleem van de detectie van laagfrequente signalen die over lange afstanden worden uitgezonden. Tegelijkertijd wordt, naarmate het doelsignaal zwakker wordt, het probleem van de detectie met hoge gevoeligheid urgent. Optische vezelhydrofoons zijn toestellen die gebruik maken van optische vezeltechnologie om akoestische onderwatergolven te detecteren. Vergeleken met traditionele piëzo-elektrische hydrofoons heeft het een extreem hoge gevoeligheid, een voldoende groot dynamisch bereik, essentiële weerstand tegen elektromagnetische interferentie, en geen impedantie-aanpassingsvereisten. Het lichte gewicht van de “natte kant” van het systeem en de willekeurigheid van de structuur, enz., zijn voldoende om de uitdagingen van de voortdurende verbetering van de onderzeese squelch-technologie aan te gaan, en te voldoen aan de eisen van de anti-onderzeebootstrategieën van de ontwikkelde landen. .
Hydrofoonprincipe
Optische vezelhydrofoons kunnen worden onderverdeeld in interferentietype, intensiteitstype en tralietype op basis van het principe. De sleuteltechnologie van interferentie optische vezelhydrofoons is geleidelijk ontwikkeld en gerijpt, en producten zijn gevormd op sommige gebieden, en fiber grating hydrofoons zijn de huidige hotspots van optische vezelhydrofoons. Fiber grating hydrofoons zijn gebaseerd op het principe dat de resonantiegolflengte van het traliewerk verandert naarmate de externe parameters veranderen. Fiber grating hydrofoons zijn over het algemeen gebaseerd op fiber Bragg grating structuren, zoals afgebeeld in figuur 1. Glasvezel hydrofoon figuur 1 Wanneer het uitgangslicht van een breedband lichtbron (BBS) door een vezel Bragg rooster (CFBG) gaat, kan volgens de modus koppelingstheorie bekend worden dat de golflengte voldoet aan de Bragg conditie: De lichtgolven zullen worden teruggekaatst, en de resterende golflengten zullen worden doorgelaten. Waarbij Is de resonante koppelingsgolflengte van FBG, dat wil zeggen de centrale reflectiegolflengte, Is de effectieve brekingsindex van de kern, en n is de traliesteek. Wanneer de spanning rond het detectierooster met de geluidsdruk in het water verandert, zal het Or n veranderingen veroorzaken, resulterend in een overeenkomstige centrale reflectiegolflengteverschuiving van het detectierooster, het verschuivingsbedrag is Het wordt bepaald dat de golflengtemodulatie van het gereflecteerde signaallicht door de onderwater akoestische druk wordt bereikt. Daarom kan, door de golflengteverschuiving van de centrale reflectie in real time te detecteren, en dan volgens het lineaire verband tussen elke parameter en de geluidsdruk, de informatie van de geluidsdrukverandering worden verkregen.
Kenmerken hydrofoon
(1) Lage ruiseigenschappen. Optische vezel hydrofoons zijn gebouwd op basis van optische principes en hebben een hoge gevoeligheid. Door hun lage eigen-ruis karakteristieken is het minimaal detecteerbare signaal 2-3 orden van grootte hoger dan traditionele piëzo-elektrische hydrofoons, waardoor detectie van zwakke signalen mogelijk is. (2) Groot dynamisch bereik. Het dynamische bereik van piëzo-elektrische hydrofoons is over het algemeen 80-90dB, terwijl het dynamische bereik van vezeloptische hydrofoons 120-140dB kan zijn. (3) Sterke weerstand tegen elektromagnetische interferentie en signaalcrosstalk. Volledig optische vezeloptische hydrofoons gebruiken licht als drager voor signaaldetectie en -transmissie. De invloed van elektromagnetische interferentie onder een paar honderd megahertz is zeer klein, en de signaalcrosstalk van elk kanaal is ook zeer klein. (4) Geschikt voor lange-afstandstransmissie en array. Het verlies van de optische vezeltransmissie is klein, geschikt voor transmissie over lange afstand. Optische vezel hydrofoons worden gemultiplexed met behulp van frequentie verdeling, golf verdeling, en tijd verdeling technieken, die geschikt is voor grootschalige arrays van onderwater arrays. (5) Signaaldetectie en transmissie zijn geïntegreerd om de betrouwbaarheid van het systeem te verbeteren. De laser wordt uitgezonden door de lichtbron, en via de optische vezel doorgegeven aan de optische hydrofoon, en nadat het akoestische signaal is opgepikt, wordt het via de optische vezel teruggestuurd naar de signaalverwerkingsapparatuur aan wal of op het schip. Er is geen elektronische apparatuur onder water. Bovendien stelt de optische vezel lage eisen aan waterdichtheid, weerstand tegen hoge temperaturen en corrosiebestendigheid, wat de betrouwbaarheid van het systeem sterk zal verbeteren. (6) De technische toepassingsvoorwaarden worden verminderd. Het sonarsysteem dat volledig optische vezelhydrofoons gebruikt, de opsporingskabels en de transmissiekabels zijn alle optische kabels, lichtgewicht en kleine grootte, en het systeem is gemakkelijk terug te trekken, wat het onmogelijk maakt om oplossingen in het verleden uit te voeren, vooral voor gesleepte arrays. Vermindering en vereenvoudiging van veel problemen.
Hydrofoon toepassing
De belangrijkste militaire toepassingen van optische vezel hydrofoons omvatten: all-fiber hydrofoon gesleept arrays, all-fiber onderzeeër akoestische monitoring systemen, all-fiber lichte onderzeeërs en oppervlakteschepen conforme hydrofoon arrays, ultra-lage frequentie vezel gradiënt hydrofoons, mariene omgevingen Lawaai en stille onderzeeër geluidsmeting. De optische vezeltrilling snelheid type vector hydrofoon kan detecteren zijn “infrageluid” piekgeluid, en het is geschikt voor de kustwacht sonar na arraying, het opsporen van stille onderzeeërs en tsunami vroegtijdige waarschuwing. Het heeft technische voordelen zoals gemakkelijke multi-eenheid multiplexing, capaciteit om passief elektrisch te werken, en sterke signaaltransmissiecapaciteiten over lange afstand. De micro-optische hydrofoontechnologie van de structuur optische optische vezel graveert direct de sensor op de optische vezel. Het heeft de voordelen van kleine grootte, gemakkelijke golflengtedivisiemultiplexing, vrij eenvoudig productieproces, en betrouwbare prestaties. Het is geschikt voor grootschalige wal-gebaseerde zee verdediging en veiligheidssystemen en shipborne geluid Nano array, mariene geluid monitoring array en andere toepassingen, met name hydrofoon drag array toepassingen.
IN ANDERE TALEN
- Engels
- Deutsch
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Norsk
- Polski
- Português
- Русский
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Čeština
- ไท
- 中文