Um transdutor que converte sinais acústicos em sinais elétricos, usado para receber sinais acústicos na água, é chamado de transdutor de recepção, e muitas vezes é chamado de hidrofone. Os hidrofones são amplamente utilizados na comunicação subaquática, exploração da ilha, posicionamento do alvo, rastreamento, etc., e são componentes importantes do sonar. A detecção subaquática, identificação, comunicação e desenvolvimento da monitorização ambiental marinha e dos recursos marinhos são inseparáveis do Transdutor sonoro da água.
Um transdutor acústico subaquático é um dispositivo que converte sinais eléctricos em sinais acústicos submarinos ou converte sinais acústicos submarinos em sinais eléctricos. A sua posição no sonar é semelhante à das antenas nos equipamentos de rádio. Transmite e recebe ondas sonoras subaquáticas. Dispositivo acústico. Um transdutor que converte sinais elétricos em sinais acústicos subaquáticos é utilizado para irradiar ondas sonoras para a água, o que é chamado de transdutor transmissor. Um transdutor que converte sinais acústicos em sinais elétricos, usado para receber sinais acústicos na água, é chamado de transdutor de recepção, e é freqüentemente chamado de hidrofone. De acordo com a diferença no princípio de funcionamento, princípio de conversão de energia, características e estrutura, existem hidrofones como pressão sonora, velocidade de vibração, não direcional, apontador, piezoelétrico, magnetostrictivo, elétrico (bobina móvel) e assim por diante. Os hidrofones e microfones têm muitas semelhanças em princípio e desempenho. No entanto, devido às diferenças nos meios sonoros, os hidrofones devem ter uma sólida estrutura estanque e devem ser feitos de cabos impermeáveis com materiais anti-corrosivos. Os hidrofones de pressão sonora detectam sinais sonoros subaquáticos e alterações de pressão sonora e produzem uma saída de tensão proporcional à pressão sonora. O hidrofone de pressão acústica é um dispositivo indispensável na medição acústica subaquática e é a parte central do sistema de sonar passivo. De acordo com os diferentes materiais sensíveis utilizados, os hidrofones de pressão sonora podem ser divididos em: hidrofones de pressão sonora piezoeléctricos cerâmicos, hidrofones de pressão sonora PVDF, hidrofones de pressão sonora compostos piezoeléctricos e hidrofones de pressão sonora de fibra óptica. No campo da acústica subaquática, os sensores são geralmente referidos como transdutores, e os transdutores receptores incluem principalmente sensores escalares e sensores vetoriais, também chamados de hidrofones escalares e hidrofones vetoriais. Na medição do campo sonoro, o método tradicional é usar um hidrofone escalar (hidrofone de pressão sonora), que só pode medir parâmetros escalares no campo sonoro. Hidrofones escalares típicos, como a série 810X de empresas B & K, são frequentemente utilizados como padrões de utilização de hidrofones. O hidrofone vetorial pode medir os parâmetros vetoriais no campo sonoro, e sua aplicação é útil para obter a informação vetorial do campo sonoro, que é de grande importância para a expansão da função do dispositivo sonar. Em meios contínuos, o estado do movimento próximo a qualquer ponto pode ser expresso pela pressão, densidade e velocidade do meio. Em diferentes locais do campo sonoro, estas grandezas físicas têm valores diferentes e têm variabilidade espacial. Além disso, para o mesmo ponto de coordenadas espaciais, essas grandezas mudam com o tempo e têm variabilidade de tempo. Portanto, as grandezas acústicas que descrevem o campo sonoro, a pressão sonora, a velocidade das partículas e a compressão são todas funções do tempo e do espaço. Em um fluido ideal, não há tensão de cisalhamento, portanto a pressão sonora é escalar e a velocidade da partícula é vetorial. A informação rica do campo sonoro está incluída tanto em parâmetros escalares como vectoriais. No processo de medição do campo sonoro, não é suficiente medir apenas o parâmetro de pressão sonora. A medição simultânea de informação escalar e informação vectorial, ou seja, pressão sonora e velocidade das partículas, pode obter informação completa do campo sonoro. Desta forma, pode ajudar o sistema de processamento de sinais a obter informações mais valiosas e a fazer julgamentos correctos. Por exemplo: o sistema de processamento de informação de juntas usando um novo sensor combinado (pressão sonora e velocidade de vibração) tem melhores capacidades de detecção de interferência anti-coerente e espectro de linha do que o tradicional sistema de processamento de informação de pressão sonora pura; um único sensor combinado em pequena escala passa pela junta Com o processamento do sinal, a pressão sonora da junta e a estimativa da velocidade de vibração do azimute alvo podem ser realizadas. Além disso, da perspectiva da detecção de energia, o uso de hidrofones vetoriais melhora a capacidade do sistema de resistir a ruídos isotrópicos, e pode realizar o reconhecimento de múltiplos alvos no campo distante. O trabalho de pesquisa de hidrofones vetoriais tem recebido grande atenção. Portanto, a detecção multi-informação, incluindo informações vetoriais, é uma tendência de desenvolvimento dos sistemas de sonar, e é cada vez mais valorizada por várias potências navais. Com o contínuo desenvolvimento da tecnologia, são necessários cada vez mais requisitos técnicos. A fim de satisfazer as necessidades de construção de estações costeiras, serve o sistema de sonar de alerta precoce da costa para alcançar a detecção e identificação remota, e as capacidades de detecção de baixa frequência são cada vez mais importantes. Além disso, devido à emergência de submarinos movidos a energia nuclear e à adoção generalizada de novas tecnologias, como o furto submarino, as questões anti-submarinos têm recebido atenção sem precedentes de vários países. Um método eficaz é recorrer ao teste do ruído de baixa frequência da hélice. O ruído intrínseco de submarinos e navios silenciosos está na banda de baixa freqüência, o que requer um hidrofone vetorial de baixa freqüência. Ou seja, o transdutor de detecção é necessário para ter uma capacidade de detecção de baixa frequência. Os detectores vectoriais espaciais omnidireccionais tridimensionais de baixa frequência tornaram-se um novo requisito técnico. O desenvolvimento bem sucedido de tais hidrofones vetoriais de baixa freqüência pode ser esperado para resolver o problema da detecção de sinais de baixa freqüência transmitidos a longas distâncias. Ao mesmo tempo, à medida que o sinal alvo enfraquece, o problema da detecção de alta sensibilidade torna-se urgente O hidrofone de fibra óptica é um dispositivo que utiliza a tecnologia de fibra óptica para detectar ondas acústicas subaquáticas. Em comparação com os hidrofones piezoelétricos tradicionais, tem uma sensibilidade extremamente alta, uma faixa dinâmica suficientemente grande, resistência essencial às interferências eletromagnéticas e nenhum requisito de correspondência de impedância. O peso leve do “wet end” do sistema e a arbitrariedade da estrutura, etc., são suficientes para enfrentar os desafios da melhoria contínua da tecnologia de esmagar submarinos e satisfazer os requisitos das estratégias anti-submarinos dos países desenvolvidos. .
Princípio do hidrofone
Os hidrofones de fibra óptica podem ser divididos em tipo de interferência, tipo de intensidade, e tipo de grade de acordo com o princípio. A tecnologia chave dos hidrofones de fibra óptica de interferência tem se desenvolvido e amadurecido gradualmente, e os produtos têm sido formados em alguns campos, e os hidrofones de grade de fibra óptica são os hotspots atuais dos hidrofones de fibra óptica. O hidrofone de rede de fibra óptica baseia-se no princípio de que o comprimento de onda ressonante da rede se move com a mudança dos parâmetros externos. Os hidrofones de rede de fibra óptica são geralmente baseados em estruturas de rede de Bragg de fibra, como mostrado na Figura 1. Figura 1 Quando a luz de saída de uma fonte de luz de banda larga (BBS) passa por uma rede de Bragg de fibra óptica (CFBG), de acordo com a teoria do acoplamento de modo, pode-se saber que o comprimento de onda atende a condição de Bragg: As ondas de luz serão refletidas de volta, e os comprimentos de onda restantes serão transmitidos. Onde está o comprimento de onda de acoplamento ressonante da FBG, ou seja, o comprimento de onda de reflexão central, é o índice refrativo efetivo do núcleo, e n é o passo da grade. Quando a tensão em torno da grade de detecção muda com a pressão sonora na água, causará ou n mudanças, resultando em um deslocamento correspondente do comprimento de onda de reflexão central da grade de detecção, a quantidade de deslocamento é determinado que a modulação do comprimento de onda da luz do sinal refletido pela pressão acústica subaquática é alcançada. Portanto, detectando o deslocamento do comprimento de onda de reflexão central em tempo real, e então de acordo com a relação linear entre cada parâmetro e a pressão sonora, a informação da alteração da pressão sonora pode ser obtida.
Características do hidrofone
(1) Características de baixo ruído. Os hidrofones de fibra óptica são construídos usando princípios ópticos e têm alta sensibilidade. Devido às suas características de baixo ruído próprio, o sinal mínimo detectável é de 2-3 ordens de magnitude superior aos hidrofones piezoelétricos tradicionais, o que torna possível a detecção de sinais fracos. (2) Grande alcance dinâmico. A faixa dinâmica dos hidrofones piezoelétricos é geralmente de 80-90dB, enquanto a faixa dinâmica dos hidrofones de fibra ótica pode ser de 120-140dB. (3) Forte resistência à interferência eletromagnética e ao crosstalk do sinal. Os hidrofones totalmente de fibra óptica utilizam a luz como suporte para a detecção e transmissão do sinal. A influência da interferência eletromagnética abaixo de algumas centenas de megahertz é muito pequena, e o crosstalk de sinal de cada canal também é muito pequeno. (4) Adequado para transmissão de longa distância e matriz. A perda de transmissão por fibra ótica é pequena, adequada para transmissão a longa distância. Os hidrofones de fibra óptica são multiplexados usando técnicas de divisão de freqüência, divisão de ondas e divisão de tempo, o que é adequado para matrizes de grande escala de matrizes subaquáticas. (5) A detecção e transmissão de sinais são integradas para melhorar a confiabilidade do sistema. O laser é emitido pela fonte de luz, transmitido para o hidrofone de fibra óptica através da fibra óptica e, após a captação do sinal acústico, é transmitido de volta ao equipamento de processamento de sinal em terra ou no navio através da fibra óptica. Não há nenhum equipamento eletrônico debaixo d’água. Além disso, a fibra óptica tem baixos requisitos de estanqueidade à água, alta resistência à temperatura e resistência à corrosão, o que melhorará muito a confiabilidade do sistema. (6) As condições de aplicação da engenharia são reduzidas. O sistema de sonar usando hidrofones de fibra óptica totalmente óptica, os cabos de detecção e de transmissão são todos cabos ópticos, leves e de pequeno tamanho, e o sistema é fácil de retrair, o que torna impossível a implementação de soluções no passado, especialmente para matrizes rebocadas. Reduza e simplifique muitos problemas.
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