Przetwornik, który przekształca sygnały akustyczne w sygnały elektryczne, używany do odbioru sygnałów akustycznych w wodzie, nazywany jest przetwornikiem odbiorczym i często nazywany jest hydrofonem. Hydrofony są szeroko stosowane w komunikacji podwodnej, eksploracji wyspy, pozycjonowaniu celów, śledzeniu itp. i są ważnymi elementami sonaru. Podwodne wykrywanie, identyfikacja, komunikacja, i rozwój monitorowania środowiska morskiego i zasobów morskich są nierozerwalnie związane z dźwiękiem wody Przetwornik.
Podwodny przetwornik akustyczny jest urządzeniem, które przekształca sygnały elektryczne w podwodne sygnały akustyczne lub przekształca podwodne sygnały akustyczne w sygnały elektryczne. Jego pozycja w sonarze jest podobna do pozycji anten w urządzeniach radiowych. Przesyła on i odbiera fale dźwiękowe pod wodą. Urządzenie akustyczne. Przetwornik, który przetwarza sygnały elektryczne na podwodne sygnały akustyczne, służy do emitowania fal dźwiękowych do wody, nazywany jest przetwornikiem nadawczym. Przetwornik, który przetwarza sygnały akustyczne na sygnały elektryczne, używany do odbierania sygnałów akustycznych w wodzie, nazywany jest przetwornikiem odbiorczym i często nazywany jest hydrofonem. Zgodnie z różnicą w zasadzie działania, zasadzie konwersji energii, charakterystyce i strukturze, istnieją hydrofony takie jak ciśnienie akustyczne, prędkość drgań, bezkierunkowe, punktowe, piezoelektryczne, magnetostrykcyjne, elektryczne (ruchoma cewka) i tak dalej. Hydrofony i mikrofony mają wiele podobieństw w zasadzie i wydajności. Jednakże, ze względu na różnice w mediach dźwiękowych, hydrofony muszą mieć solidną wodoszczelną konstrukcję i muszą być wykonane z nieprzepuszczalnych kabli z materiałów antykorozyjnych. Hydrofony ciśnienia akustycznego wykrywają podwodne sygnały dźwiękowe i zmiany ciśnienia akustycznego hałasu i wytwarzają wyjście napięciowe proporcjonalne do ciśnienia akustycznego. Akustyczny hydrofon ciśnieniowy jest niezbędnym urządzeniem w podwodnych pomiarach akustycznych i jest podstawową częścią pasywnego systemu sonarowego. Według różnych materiałów wrażliwych używanych, hydrofonów ciśnienia akustycznego można podzielić na: piezoelektryczne ceramiczne hydrofonów ciśnienia akustycznego, PVDF hydrofonów ciśnienia akustycznego, piezoelektryczne kompozytowe hydrofonów ciśnienia akustycznego i włókna optycznego hydrofonów ciśnienia akustycznego. W dziedzinie akustyki podwodnej, czujniki są ogólnie określane jako przetworniki, a przetworniki odbiorcze obejmują głównie czujniki skalarne i czujniki wektorowe, zwane również hydrofonami skalarnymi i hydrofonami wektorowymi. W pomiarach pola dźwiękowego, tradycyjną metodą jest użycie hydrofonu skalarnego (hydrofonu ciśnienia akustycznego), który może mierzyć tylko parametry skalarne w polu dźwiękowym. Typowe hydrofony skalarne, takie jak seria 810X firmy B & K są często używane jako hydrofonowe standardy użytkowania. Hydrofon wektorowy może mierzyć parametry wektorowe w polu dźwiękowym, a jego zastosowanie jest pomocne w uzyskaniu informacji wektorowej pola dźwiękowego, co ma ogromne znaczenie dla rozszerzenia funkcji urządzenia sonarowego. W mediach ciągłych, stan ruchu w pobliżu dowolnego punktu może być wyrażony przez ciśnienie, gęstość i prędkość mediów. W różnych miejscach w polu dźwiękowym te wielkości fizyczne mają różne wartości i są zmienne przestrzennie. Ponadto, dla tego samego punktu o współrzędnych przestrzennych, wielkości te zmieniają się w czasie i są zmienne w czasie. Dlatego też wielkości akustyczne opisujące pole akustyczne, ciśnienie akustyczne, prędkość cząstek i kompresję są funkcjami czasu i przestrzeni. W idealnym płynie nie występują naprężenia ścinające, więc ciśnienie akustyczne jest skalarne, a prędkość cząstek jest wektorowa. Bogata informacja o polu dźwiękowym jest zawarta zarówno w parametrach skalarnych, jak i wektorowych. W procesie pomiaru pola akustycznego nie wystarczy mierzyć tylko parametru ciśnienia akustycznego. Jednoczesny pomiar informacji skalarnej i wektorowej, czyli ciśnienia akustycznego i prędkości cząstek, pozwala uzyskać kompletną informację o polu akustycznym. W ten sposób można pomóc systemowi przetwarzania sygnałów w uzyskaniu bardziej wartościowych informacji i dokonaniu prawidłowej oceny. Na przykład: wspólny system przetwarzania informacji przy użyciu nowego czujnika kombinacji (ciśnienie akustyczne i prędkość drgań) ma lepszą antykoherentną interferencję i zdolność wykrywania widma linii niż tradycyjny system przetwarzania informacji o czystym ciśnieniu akustycznym; pojedynczy czujnik kombinacji o małej skali przechodzi przez połączenie Dzięki przetwarzaniu sygnału, wspólne ciśnienie akustyczne i prędkość drgań oszacowanie azymutu celu może być wykonane. Ponadto, z punktu widzenia detekcji energii, zastosowanie hydrofonów wektorowych poprawia zdolność systemu do przeciwstawiania się izotropowemu szumowi i może realizować rozpoznawanie wielu celów w polu dalekim. Prace badawcze hydrofonu wektorowego otrzymały dużą uwagę. Dlatego też wykrywanie wielu informacji, w tym informacji wektorowych, jest trendem rozwojowym systemów sonarowych i jest coraz bardziej cenione przez różne potęgi morskie. Wraz z ciągłym rozwojem technologii, potrzebne są coraz większe wymagania techniczne. W celu zaspokojenia potrzeb budowy stacji brzegowej, służy system sonarowy wczesnego ostrzegania wybrzeża, aby osiągnąć zdalne wykrywanie i identyfikację, a możliwości wykrywania o niskiej częstotliwości są coraz ważniejsze. Ponadto, ze względu na pojawienie się okrętów podwodnych z napędem jądrowym i powszechne przyjęcie nowych technologii, takich jak stealth okrętów podwodnych, kwestie związane z walką z okrętami podwodnymi zyskały bezprecedensową uwagę różnych krajów. Skuteczną metodą jest badanie hałasu o niskiej częstotliwości generowanego przez śrubę napędową. Nieodłączny hałas cichych okrętów podwodnych i statków znajduje się w paśmie niskich częstotliwości, co wymaga zastosowania hydrofonu wektorowego o niskiej częstotliwości. Oznacza to, że przetwornik wykrywający musi mieć zdolność wykrywania przy niskich częstotliwościach. Niskoczęstotliwościowe trójwymiarowe przestrzenne wielokierunkowe detektory wektorowe stały się nowym wymogiem technicznym. Można oczekiwać, że pomyślne opracowanie takich hydrofonów wektorowych o niskiej częstotliwości rozwiąże problem wykrywania sygnałów o niskiej częstotliwości przesyłanych na duże odległości. W tym samym czasie, gdy sygnał docelowy słabnie, problem wysokiej czułości wykrywania staje się pilny Hydrofon światłowodowy jest urządzeniem, które wykorzystuje technologię światłowodową do wykrywania podwodnych fal akustycznych. W porównaniu z tradycyjnymi hydrofonami piezoelektrycznymi, cechuje go niezwykle wysoka czułość, odpowiednio duży zakres dynamiki, zasadnicza odporność na zakłócenia elektromagnetyczne oraz brak wymagań w zakresie dopasowania impedancji. Niewielka waga „mokrego końca” systemu, dowolność struktury itp. są wystarczające, aby sprostać wyzwaniom wynikającym z ciągłego doskonalenia technologii squelch na okrętach podwodnych oraz spełnić wymagania strategii antyokrętowych krajów rozwiniętych. .
Zasada działania hydrofonu
Hydrofony światłowodowe można podzielić na typ interferencyjny, typ intensywności i typ kraty według zasady. Kluczowa technologia hydrofonów światłowodowych interferencyjnych stopniowo rozwijała się i dojrzewała, a produkty powstawały w niektórych dziedzinach, a hydrofony siatkowe są aktualnymi punktami zapalnymi hydrofonów światłowodowych. Hydrofony z kratą światłowodową opierają się na zasadzie, że rezonansowa długość fali kraty porusza się wraz ze zmianą parametrów zewnętrznych. Światłowodowe hydrofony kratowe są generalnie oparte na włóknistych strukturach kraty Bragga, jak pokazano na rysunku 1. Hydrofon światłowodowy Rysunek 1 Kiedy światło wyjściowe szerokopasmowego źródła światła (BBS) przechodzi przez światłowodową kratę Bragga (CFBG), zgodnie z teorią sprzężenia trybów, można wiedzieć, że długość fali spełnia warunek Bragga: Fale świetlne zostaną odbite z powrotem, a pozostałe długości fal zostaną przesłane. Gdzie jest rezonansową długością fali sprzężenia FBG, czyli centralną długością fali odbicia, jest efektywnym współczynnikiem załamania rdzenia, a n jest podziałką kraty. Gdy naprężenia wokół kraty zmieniają się wraz z ciśnieniem akustycznym w wodzie, spowoduje to zmiany Or n, co spowoduje odpowiednie przesunięcie centralnej długości fali odbicia kraty czujnikowej, kwota przesunięcia wynosi Określa się, że modulacja długości fali odbitego światła sygnału przez podwodne ciśnienie akustyczne jest osiągnięta. W związku z tym, wykrywając centralne odbicie przesunięcia długości fali w czasie rzeczywistym, a następnie zgodnie z liniową zależnością między każdym parametrem a ciśnieniem akustycznym, można uzyskać informacje o zmianie ciśnienia akustycznego.
Cechy hydrofonu
(1) Charakterystyka niskiego poziomu szumów. Hydrofony światłowodowe są zbudowane z wykorzystaniem zasad optycznych i mają wysoką czułość. Ze względu na ich niską charakterystykę szumu własnego, minimalny wykrywalny sygnał jest o 2-3 rzędy wielkości wyższy niż w przypadku tradycyjnych hydrofonów piezoelektrycznych, co umożliwia wykrywanie słabych sygnałów. (2) Duży zakres dynamiki. Zakres dynamiki hydrofonów piezoelektrycznych wynosi zazwyczaj 80-90 dB, podczas gdy zakres dynamiki hydrofonów światłowodowych może wynosić 120-140 dB. (3) Silna odporność na zakłócenia elektromagnetyczne i przesłuchy sygnału. Hydrofony światłowodowe wykorzystują światło jako nośnik do wykrywania i przesyłania sygnału. Wpływ zakłóceń elektromagnetycznych poniżej kilkuset megaherców jest bardzo mały, a przesłuch sygnału każdego kanału jest również bardzo mały. (4) Nadaje się do transmisji na duże odległości i tablicy. Strata transmisji światłowodowej jest mała, nadaje się do transmisji na duże odległości. Hydrofony światłowodowe są multipleksowane przy użyciu technik podziału częstotliwości, podziału fali i podziału czasu, co jest odpowiednie dla wielkoskalowych tablic podwodnych. (5) Odbiór i transmisja sygnału są zintegrowane w celu poprawy niezawodności systemu. Laser jest emitowany przez źródło światła, przesyłany do hydrofonu światłowodowego za pomocą światłowodu, a po odebraniu sygnału akustycznego jest on przesyłany z powrotem do urządzeń przetwarzających sygnał na brzegu lub na statku za pomocą światłowodu. Pod wodą nie ma żadnych urządzeń elektronicznych. Ponadto światłowód ma niskie wymagania dotyczące wodoszczelności, odporności na wysoką temperaturę i odporności na korozję, co znacznie poprawi niezawodność systemu. (6) Warunki zastosowania inżynieryjnego są ograniczone. System sonarowy wykorzystujący wszystkie hydrofonów optycznych światłowodów, kable detekcyjne i kable transmisyjne są wszystkie kable optyczne, lekki ciężar i mały rozmiar, a system jest łatwy do wycofania, co uniemożliwia wdrożenie rozwiązań w przeszłości, zwłaszcza dla holowanych tablic. Zmniejszenie i uproszczenie wielu kwestii.
Zastosowanie hydrofonu
Główne zastosowania wojskowe hydrofonów światłowodowych obejmują: całe włókna hydrofonów holowanych, wszystkie włókna podwodnych systemów monitorowania akustycznego, wszystkie włókna lekkich okrętów podwodnych i okrętów nawodnych konformalnych matryc hydrofonów, ultra-niskiej częstotliwości hydrofonów gradientowych włókien, środowisk morskich Pomiar hałasu i cichych okrętów podwodnych. Światłowód prędkości drgań typu wektorowego hydrofon może wykryć jego „infradźwiękowy” szczytowy hałas, i nadaje się do sonaru straży przybrzeżnej po arraying, wykrywanie cichych łodzi podwodnych i tsunami wczesnego ostrzegania. Ma zalety techniczne, takie jak łatwe multipleksowanie wielu jednostek, zdolność do pracy pasywnej elektrycznie i silne możliwości transmisji sygnału na duże odległości. Technologia hydrofonu światłowodowego o strukturze mikrooptycznej bezpośrednio graweruje czujnik na światłowodzie. Ma zalety małego rozmiaru, łatwego multipleksowania z podziałem długości fali, stosunkowo prostego procesu produkcyjnego i niezawodnej wydajności. Nadaje się do dużych lądowych systemów obrony i bezpieczeństwa morskiego na lądzie i na statkach, dźwiękowej tablicy Nano, morskiej tablicy monitorowania hałasu i innych zastosowań, zwłaszcza do zastosowań matrycy hydrofonowej.
W INNYCH JĘZYKACH
- angielski
- niemiecki
- hiszpański
- francuski
- włoski
- holenderski
- norsk
- polski
- portugalski
- . Русский
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Čeština
- ไทย
- 中文
.