Un traductor care convertește semnalele acustice în semnale electrice, utilizat pentru a recepționa semnale acustice în apă, se numește traductor de recepție și este adesea numit hidrofon. Hidrofoanele sunt utilizate pe scară largă în comunicarea subacvatică, explorarea insulei, poziționarea țintelor, urmărirea etc. și sunt componente importante ale sonarului. Detectarea subacvatică, identificarea, comunicarea și dezvoltarea monitorizării mediului marin și a resurselor marine sunt inseparabile de transductorul de sunet din apă.
Un traductor acustic subacvatic este un dispozitiv care convertește semnalele electrice în semnale acustice subacvatice sau convertește semnalele acustice subacvatice în semnale electrice. Poziția sa în sonar este similară cu cea a antenelor din echipamentele radio. Acesta transmite și recepționează unde sonore subacvatice. Dispozitiv acustic. Un traductor care convertește semnalele electrice în semnale acustice subacvatice este utilizat pentru a radia unde sonore în apă, fiind numit transductor emițător. Un traductor care convertește semnalele acustice în semnale electrice, utilizat pentru a recepționa semnale acustice în apă, se numește traductor de recepție și este adesea numit hidrofon. În funcție de diferența în ceea ce privește principiul de funcționare, principiul de conversie a energiei, caracteristicile și structura, există hidrofoane cum ar fi cele de presiune acustică, de viteză de vibrație, non-direcționale, de indicare, piezoelectrice, magnetostrictive, electrice (bobină mobilă) și așa mai departe. Hidrofoanele și microfoanele au multe asemănări în ceea ce privește principiul și performanța. Cu toate acestea, din cauza diferențelor dintre mediile sonore, hidrofoanele trebuie să aibă o structură solidă și etanșă și trebuie să fie realizate din cabluri impermeabile cu materiale anticorozive. Hidrofoanele de presiune acustică detectează semnalele sonore subacvatice și modificările de presiune acustică a zgomotului și produc o tensiune de ieșire proporțională cu presiunea acustică. Hidrofonul de presiune acustică este un dispozitiv indispensabil în măsurătorile acustice subacvatice și este partea centrală a sistemului sonar pasiv. În funcție de diferitele materiale sensibile utilizate, hidrofoanele de presiune acustică pot fi împărțite în: hidrofoane de presiune acustică din ceramică piezoelectrică, hidrofoane de presiune acustică din PVDF, hidrofoane de presiune acustică din compozit piezoelectric și hidrofoane de presiune acustică din fibre optice. În domeniul acusticii subacvatice, senzorii sunt în general denumiți transductoare, iar transductoarele de recepție includ în principal senzori scalari și senzori vectoriali, numiți și hidrofoane scalare și hidrofoane vectoriale. În măsurarea câmpului sonor, metoda tradițională constă în utilizarea unui hidrofon scalar (hidrofon de presiune acustică), care poate măsura doar parametrii scalari în câmpul sonor. Hidrofoanele scalare tipice, cum ar fi seria 810X a companiilor B & K, sunt adesea folosite ca standarde de utilizare a hidrofoanelor. Hidrofonul vectorial poate măsura parametrii vectoriali în câmpul sonor, iar aplicarea sa este utilă pentru a obține informațiile vectoriale ale câmpului sonor, ceea ce are o mare importanță pentru extinderea funcțională a dispozitivului sonar. În mediile continue, starea de mișcare din apropierea oricărui punct poate fi exprimată prin presiune, densitate și viteza mediului. În diferite locații din câmpul sonor, aceste mărimi fizice au valori diferite și prezintă variabilitate spațială. Mai mult, pentru același punct de coordonate spațiale, aceste mărimi se modifică cu timpul și au variabilitate în timp. Prin urmare, mărimile acustice care descriu câmpul sonor, presiunea acustică, viteza particulelor și compresia sunt toate funcții de timp și spațiu. Într-un fluid ideal, nu există tensiune de forfecare, astfel încât presiunea acustică este scalară, iar viteza particulelor este vectorială. Informațiile bogate despre câmpul sonor sunt incluse atât în parametrii scalari, cât și în cei vectoriali. În procesul de măsurare a câmpului acustic, nu este suficient să se măsoare doar parametrul de presiune acustică. Măsurarea simultană a informațiilor scalare și a informațiilor vectoriale, adică a presiunii sonore și a vitezei particulelor, poate obține informații complete despre câmpul sonor. În acest fel, poate ajuta sistemul de procesare a semnalelor să obțină informații mai valoroase și să facă aprecieri corecte. De exemplu: sistemul de procesare a informațiilor comune care utilizează un nou senzor combinat (presiune sonoră și viteză de vibrație) are capacități mai bune de detectare a interferențelor anti-coerente și a spectrului de linii decât sistemul tradițional de procesare a informațiilor de presiune sonoră pură; un singur senzor combinat la scară mică trece prin comun Cu procesarea semnalului, se poate realiza o estimare comună a presiunii sonore și a vitezei de vibrație a azimutului țintei. În plus, din perspectiva detectării energiei, utilizarea hidrofoanelor vectoriale îmbunătățește capacitatea sistemului de a rezista la zgomot izotropic și poate realiza recunoașterea mai multor ținte în câmp îndepărtat. Activitatea de cercetare a hidrofoanelor vectoriale a primit o mare atenție. Prin urmare, detectarea informațiilor multiple, inclusiv a informațiilor vectoriale, reprezintă o tendință de dezvoltare a sistemelor sonare și este din ce în ce mai apreciată de diverse puteri navale. Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei, sunt necesare din ce în ce mai multe cerințe tehnice. Pentru a răspunde nevoilor de construcție a stațiilor de coastă, servește sistemul sonar de avertizare timpurie a coastei pentru a realiza detectarea și identificarea la distanță, iar capacitățile de detectare de joasă frecvență sunt din ce în ce mai importante. În plus, ca urmare a apariției submarinelor cu propulsie nucleară și a adoptării pe scară largă a noilor tehnologii, cum ar fi stealth-ul submarinelor, problemele antisubmarin au primit o atenție fără precedent din partea diferitelor țări. O metodă eficientă este să se întoarcă pentru a testa zgomotul de joasă frecvență al elicei. Zgomotul intrinsec al submarinelor și navelor silențioase se află în banda de frecvență joasă, ceea ce necesită un hidrofon vectorial de frecvență joasă. Altfel spus, este necesar ca traductorul de detecție să aibă o capacitate de detecție de joasă frecvență. Detectoarele vectoriale omnidirecționale tridimensionale spațiale de joasă frecvență au devenit o nouă cerință tehnică. Este de așteptat ca dezvoltarea cu succes a unor astfel de hidrofoane vectoriale de joasă frecvență să rezolve problema detectării semnalelor de joasă frecvență transmise la distanțe mari. În același timp, pe măsură ce semnalul țintă slăbește, problema detectării de înaltă sensibilitate devine urgentă Hidrofonul cu fibră optică este un dispozitiv care utilizează tehnologia fibrei optice pentru a detecta undele acustice subacvatice. În comparație cu hidrofoanele piezoelectrice tradiționale, acesta are o sensibilitate extrem de ridicată, o gamă dinamică suficient de mare, o rezistență esențială la interferențe electromagnetice și nu are cerințe de adaptare a impedanței. Greutatea redusă a „capătului umed” al sistemului și caracterul arbitrar al structurii etc. sunt suficiente pentru a face față provocărilor provocate de îmbunătățirea continuă a tehnologiei de squelch submarin și pentru a satisface cerințele strategiilor antisubmarin ale țărilor dezvoltate. .
Principiul hidrofonului
Hidrofoanele din fibre optice pot fi împărțite în tip interferență, tip intensitate și tip rețea în funcție de principiu. Tehnologia cheie a hidrofoanelor cu fibre optice de interferență s-a dezvoltat și s-a maturizat treptat, iar produsele au fost formate în unele domenii, iar hidrofoanele cu rețea de fibre sunt punctele fierbinți actuale ale hidrofoanelor cu fibre optice. Hidrofonul cu rețea de fibre se bazează pe principiul conform căruia lungimea de undă de rezonanță a rețelei se deplasează odată cu modificarea parametrilor externi. Hidrofoanele cu rețea de fibre optice se bazează, în general, pe structuri de rețea Bragg din fibre, așa cum se arată în figura 1. Hidrofon cu fibră optică figura 1 Atunci când lumina de ieșire a unei surse de lumină în bandă largă (BBS) trece printr-o rețea Bragg din fibră (CFBG), conform teoriei cuplării modale, se poate ști că lungimea de undă îndeplinește condiția Bragg: Undele de lumină vor fi reflectate înapoi, iar lungimile de undă rămase vor fi transmise. Unde este lungimea de undă de cuplare rezonantă a FBG, adică lungimea de undă de reflexie centrală, este indicele de refracție efectiv al miezului, iar n este pasul rețelei. Atunci când tensiunea din jurul rețelei de detectare se modifică odată cu presiunea acustică din apă, aceasta va determina modificări ale lui Or n, ceea ce va duce la o deplasare corespunzătoare a lungimii de undă de reflexie centrală a rețelei de detectare, valoarea deplasării fiind Se stabilește că se realizează modularea lungimii de undă a semnalului luminos reflectat de către presiunea acustică subacvatică. Prin urmare, prin detectarea în timp real a deplasării lungimii de undă de reflexie centrală și apoi, în funcție de relația liniară dintre fiecare parametru și presiunea acustică, se pot obține informații privind modificarea presiunii acustice.
Caracteristicile hidrofonului
(1) Caracteristici de zgomot redus. Hidrofoanele cu fibre optice sunt construite folosind principii optice și au o sensibilitate ridicată. Datorită caracteristicilor lor de zgomot propriu scăzut, semnalul minim detectabil este cu 2-3 ordine de mărime mai mare decât cel al hidrofoanelor piezoelectrice tradiționale, ceea ce face posibilă detectarea semnalelor slabe. (2) Domeniu dinamic mare. Gama dinamică a hidrofoanelor piezoelectrice este, în general, de 80-90dB, în timp ce gama dinamică a hidrofoanelor cu fibră optică poate fi de 120-140dB. (3) Rezistență puternică la interferențele electromagnetice și la diafonia semnalului. Hidrofoanele cu fibră optică integral optică utilizează lumina ca purtător pentru detectarea și transmiterea semnalului. Influența interferențelor electromagnetice sub câteva sute de megahertzi este foarte mică, iar diafonia de semnal a fiecărui canal este, de asemenea, foarte mică. (4) Adecvat pentru transmisia pe distanțe lungi și matrice. Pierderea de transmisie prin fibră optică este mică, potrivită pentru transmisia pe distanțe lungi. Hidrofoanele cu fibră optică sunt multiplexate folosind tehnici de diviziune a frecvenței, diviziune a undelor și diviziune în timp, ceea ce este potrivit pentru rețelele de mari dimensiuni de rețele subacvatice. (5) Detectarea și transmiterea semnalului sunt integrate pentru a îmbunătăți fiabilitatea sistemului. Laserul este emis de sursa de lumină, transmis la hidrofonul cu fibră optică prin intermediul fibrei optice și, după ce captează semnalul acustic, este transmis înapoi la echipamentul de procesare a semnalelor de pe țărm sau de pe navă prin intermediul fibrei optice. Nu există echipamente electronice sub apă. În plus, fibra optică are cerințe reduse în ceea ce privește etanșeitatea la apă, rezistența la temperaturi ridicate și rezistența la coroziune, ceea ce va îmbunătăți considerabil fiabilitatea sistemului. (6) Condițiile de aplicare inginerească sunt reduse. Sistemul sonar care utilizează toate hidrofoanele cu fibră optică, cablurile de detecție și cablurile de transmisie sunt toate cabluri optice, cu greutate redusă și dimensiuni mici, iar sistemul este ușor de retractat, ceea ce face imposibilă implementarea soluțiilor din trecut, în special pentru rețelele remorcate. Reduceți și simplificați multe probleme.
Aplicarea hidrofoanelor
Principalele aplicații militare ale hidrofoanelor cu fibră optică includ: rețele remorcate de hidrofoane cu toate fibrele, sisteme de monitorizare acustică a submarinelor cu toate fibrele, rețele de hidrofoane conforme cu toate fibrele pentru submarine ușoare și nave de suprafață, hidrofoane cu gradient de fibră de frecvență ultra-joasă, medii marine Măsurarea zgomotului și a zgomotului submarin liniștit. Hidrofonul vectorial de tip viteză de vibrație din fibră optică poate detecta zgomotul său de vârf „infrasonic” și este potrivit pentru sonarul gărzii de coastă după aranjare, detectarea submarinelor liniștite și avertizarea timpurie a tsunami-ului. Are avantaje tehnice, cum ar fi multiplexarea ușoară a mai multor unități, capacitatea de a lucra în mod pasiv electric și capacități puternice de transmisie a semnalului pe distanțe lungi. Tehnologia hidrofonului cu fibră optică cu structură micro-optică grabează direct senzorul pe fibra optică. Aceasta are avantajele dimensiunilor reduse, multiplexării ușoare prin diviziunea lungimii de undă, procesului de fabricație relativ simplu și performanțelor fiabile. Este potrivit pentru sistemele de apărare și de securitate maritimă la scară largă de pe țărm și pentru sistemele de apărare și securitate maritimă la bordul navelor Nano array, array de monitorizare a zgomotului marin și alte aplicații, în special pentru aplicațiile cu hidrofoane de tragere.
În alte limbi
- English
- Deutsch
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Norsk
- Polski
- Português
- . Русский
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Čeština
- ไทย
- 中文
>