En omformare som omvandlar akustiska signaler till elektriska signaler och som används för att ta emot akustiska signaler i vatten kallas en mottagande omformare och kallas ofta hydrofon. Hydrofoner används i stor utsträckning vid undervattenskommunikation, utforskning av ön, målpositionering, spårning m.m. och är viktiga komponenter i sonar. Undervattensdetektering, identifiering, kommunikation och utveckling av marin miljöövervakning och marina resurser är oskiljaktiga från vattenljudet Transducer.
En akustisk undervattenstransducer är en anordning som omvandlar elektriska signaler till akustiska undervattenssignaler eller omvandlar akustiska undervattenssignaler till elektriska signaler. Dess ställning i ekolod är liknande den för antenner i radioutrustning. Den sänder och tar emot ljudvågor under vattnet. Akustisk anordning. En transducer som omvandlar elektriska signaler till akustiska undervattenssignaler används för att utstråla ljudvågor i vattnet, vilket kallas en sändande transducer. En transducer som omvandlar akustiska signaler till elektriska signaler, som används för att ta emot akustiska signaler i vattnet, kallas en mottagande transducer och kallas ofta hydrofon. Enligt skillnaden i arbetsprincip, energiomvandlingsprincip, egenskaper och struktur finns det hydrofoner som ljudtryck, vibrationshastighet, icke-riktad, pekande, piezoelektrisk, magnetostriktiv, elektrisk (rörlig spole) och så vidare. Hydrofoner och mikrofoner har många likheter i princip och prestanda. På grund av skillnaderna i ljudmedier måste dock hydrofoner ha en solid vattentät konstruktion och vara tillverkade av ogenomträngliga kablar med korrosionsskyddande material. Ljudtryckshydrofoner upptäcker undervattensljudssignaler och ljudtrycksförändringar i buller och producerar en spänningsutgång som är proportionell mot ljudtrycket. Ljudtryckshydrofonen är en oumbärlig anordning för akustiska undervattensmätningar och utgör kärnan i ett passivt sonarsystem. Enligt de olika känsliga material som används kan ljudtryckshydrofoner delas in i: piezoelektriska keramiska ljudtryckshydrofoner, PVDF-ljudtryckshydrofoner, piezoelektriska kompositljudtryckshydrofoner och ljudtryckshydrofoner av optisk fiber. Inom området undervattensakustik kallas sensorer i allmänhet för transduktorer, och mottagande transduktorer omfattar huvudsakligen skalära sensorer och vektorsensorer, även kallade skalära hydrofoner och vektorhydrofoner. Vid mätning av ljudfält är den traditionella metoden att använda en skalär hydrofon (ljudtryckshydrofon), som endast kan mäta skalära parametrar i ljudfältet. Typiska skalära hydrofoner såsom 810X-serien från B & K-företag används ofta som hydrofonstandardanvändning. Vektorhydrofonen kan mäta vektorparametrarna i ljudfältet, och dess tillämpning är till hjälp för att få vektorinformation om ljudfältet, vilket är av stor betydelse för sonarutrustningens funktionsutvidgning. I kontinuerliga medier kan rörelsetillståndet nära en punkt uttryckas med hjälp av tryck, densitet och mediehastighet. På olika platser i ljudfältet har dessa fysiska storheter olika värden och rumslig variation. För samma rumsliga koordinatpunkt förändras dessa storheter dessutom med tiden och har tidsvariabilitet. Därför är de akustiska storheter som beskriver ljudfältet, ljudtrycket, partikelhastigheten och kompressionen alla funktioner av tid och rum. I en idealisk vätska finns det ingen skjuvspänning, så ljudtrycket är skalär och partikelhastigheten är vektor. Rik information om ljudfältet ingår i både skalar- och vektorparametrar. Vid mätning av ljudfältet räcker det inte att bara mäta ljudtrycksparametern. Genom samtidig mätning av skalär information och vektorinformation, dvs. ljudtryck och partikelhastighet, kan man få fullständig information om ljudfältet. På så sätt kan det hjälpa signalbehandlingssystemet att få mer värdefull information och göra korrekta bedömningar. Till exempel: Det gemensamma informationsbehandlingssystemet som använder en ny kombinationssensor (ljudtryck och vibrationshastighet) har bättre möjligheter till antikoherent interferens och linjespektrumdetektering än det traditionella renodlade informationsbehandlingssystemet för ljudtryck. en enda småskalig kombinationssensor passerar leden genom Med signalbehandling kan en gemensam uppskattning av ljudtryck och vibrationshastighet av målets azimut utföras. Dessutom, ur perspektivet energidetektion, förbättrar användningen av vektorhydrofoner systemets förmåga att motstå isotropt brus och kan realisera igenkänning av flera mål i det avlägsna fältet. Forskningsarbetet med vektorhydrofoner har fått stor uppmärksamhet. Därför är multiinformationsdetektering, inklusive vektorinformation, en utvecklingstrend för sonarsystem och värderas alltmer av olika marinmakter. Med den kontinuerliga utvecklingen av tekniken behövs allt fler tekniska krav. För att tillgodose behoven vid byggandet av kuststationer tjänar det kustens sonarsystem för tidig varning till att uppnå fjärrdetektering och identifiering, och kapaciteten för lågfrekvent detektering blir allt viktigare. På grund av framväxten av kärnkraftsdrivna ubåtar och det utbredda införandet av ny teknik som t.ex. ubåtsstöld har dessutom frågor om ubåtsbekämpning fått oöverträffad uppmärksamhet från olika länder. En effektiv metod är att vända för att testa propellerns lågfrekventa buller. Det inneboende bullret hos tysta ubåtar och fartyg ligger i det låga frekvensbandet, vilket kräver en lågfrekvent vektorhydrofon. Det vill säga, det krävs att detektionsomvandlaren har en lågfrekvensdetektionsförmåga. Lågfrekventa tredimensionella spatiala omnidirektionella vektordetektorer har blivit ett nytt tekniskt krav. En framgångsrik utveckling av sådana lågfrekventa vektorhydrofoner kan förväntas lösa problemet med att detektera lågfrekventa signaler som sänds på långa avstånd. Samtidigt som målsignalen försvagas blir problemet med högkänslig detektion brådskande Optisk fiberhydrofon är en anordning som använder den optiska fibertekniken för att detektera akustiska undervattensvågor. Jämfört med traditionella piezoelektriska hydrofoner har den extremt hög känslighet, ett tillräckligt stort dynamiskt område, ett väsentligt motstånd mot elektromagnetisk störning och inga krav på impedansanpassning. Den lätta vikten på systemets ”våta ände” och strukturens godtycklighet etc. är tillräckliga för att möta utmaningarna från den kontinuerliga förbättringen av ubåtsljudtekniken och för att uppfylla kraven i de utvecklade ländernas ubåtsbekämpningsstrategier. .
Hydrofonprincip
Optiska fiberhydrofoner kan delas in i interferenstyp, intensitetstyp och ristningstyp enligt principen. Nyckeltekniken för interferensoptiska fiberhydrofoner har gradvis utvecklats och mognat, och produkter har bildats inom vissa områden, och fibergitterhydrofoner är de nuvarande hotspots för optiska fiberhydrofoner. Fibergitterhydrofonen bygger på principen att gitterets resonansvåglängd rör sig med förändringen av externa parametrar. Fibergallerhydrofoner är i allmänhet baserade på fiber Bragg-gallerstrukturer, se figur 1. Fiberoptisk hydrofon figur 1 När utgångsljuset från en bredbandig ljuskälla (BBS) passerar genom ett fiber Bragg-galler (CFBG) kan man enligt teorin om lägeskoppling veta att våglängden uppfyller Bragg-villkoret: Ljusvågorna kommer att reflekteras tillbaka och resterande våglängder kommer att överföras. Där är FBG:s resonantkopplingsvåglängd, dvs. den centrala reflektionsvåglängden, är det effektiva brytningsindexet för kärnan och n är gitteravståndet. När spänningen runt sensorgallret förändras med ljudtrycket i vattnet kommer det att orsaka Or n-förändringar, vilket resulterar i en motsvarande förskjutning av sensorgallrets centrala reflektionsvåglängd, förskjutningsmängden är Det fastställs att våglängdsmoduleringen av det reflekterade signalljuset med hjälp av det akustiska trycket under vattnet är uppnådd. Därför kan information om ljudtrycksförändringen erhållas genom att detektera den centrala reflektionsvåglängdsförskjutningen i realtid och sedan enligt det linjära förhållandet mellan varje parameter och ljudtrycket.
Hydrofonens egenskaper
(1) Låga bulleregenskaper. Optiska fiberhydrofoner är konstruerade enligt optiska principer och har hög känslighet. På grund av deras låga egenbrusegenskaper är den minsta detekterbara signalen 2-3 storleksordningar högre än traditionella piezoelektriska hydrofoner, vilket gör det möjligt att upptäcka svaga signaler. (2) Stort dynamiskt område. Det dynamiska området för piezoelektriska hydrofoner är i allmänhet 80-90 dB, medan det dynamiska området för fiberoptiska hydrofoner kan vara 120-140 dB. (3) Stark motståndskraft mot elektromagnetisk störning och signalcrosstalk. Alloptiska fiberoptiska hydrofoner använder ljus som bärare för signalavkänning och signalöverföring. Påverkan av elektromagnetiska störningar under några hundra megahertz är mycket liten, och signalcrosstalk för varje kanal är också mycket liten. (4) Lämplig för långdistansöverföring och array. Den optiska fiberns överföringsförlust är liten, lämplig för långdistansöverföring. Optiska fiberhydrofoner multiplexas med hjälp av tekniker för frekvensdelning, vågdelning och tidsdelning, vilket är lämpligt för storskaliga matriser av undervattensmatriser. (5) Signalavkänning och överföring är integrerade för att förbättra systemets tillförlitlighet. Lasern avges av ljuskällan, överförs till den fiberoptiska hydrofonen via den optiska fibern, och efter att ha fångat upp den akustiska signalen överförs den tillbaka till signalbehandlingsutrustningen på land eller på fartyget via den optiska fibern. Det finns ingen elektronisk utrustning under vattnet. Dessutom har den optiska fibern låga krav på vattentäthet, hög temperaturbeständighet och korrosionsbeständighet, vilket kommer att förbättra systemets tillförlitlighet avsevärt. (6) De tekniska tillämpningsvillkoren minskar. Sonarsystemet använder alla optiska fiberoptiska hydrofoner, detektionskablarna och överföringskablarna är alla optiska kablar, låg vikt och liten storlek, och systemet är lätt att dra in, vilket gör det omöjligt att genomföra lösningar i det förflutna, särskilt för bogserade matriser. Minska och förenkla många frågor.
Hydrofontillämpning
De viktigaste militära tillämpningarna av fiberoptiska hydrofoner inkluderar: all-fiber hydrofon släpade arrayer, all-fiber ubåts akustiska övervakningssystem, all-fiber lätta ubåtar och ytfartyg konforma hydrofonarrayer, ultralågfrekventa fiber gradient hydrofoner, marina miljöer Buller och tyst ubåtsljudmätning. Den optiska fibervibrationshastighetstypen vektorhydrofon kan detektera dess ”infrasound” toppljud, och den är lämplig för kustbevakningens sonar efter arraying, detektering av tysta ubåtar och tidig varning för tsunami. Den har tekniska fördelar som enkel multiplexering av flera enheter, förmåga att arbeta passivt elektriskt och starka möjligheter till signalöverföring över långa avstånd. Den mikrooptiska strukturen optisk fiberhydrofonteknik direkt graverar sensorn på den optiska fibern. Den har fördelarna med liten storlek, enkel våglängdsmultiplexering, relativt enkel tillverkningsprocess och tillförlitlig prestanda. Den är lämplig för storskaliga landbaserade havsförsvars- och säkerhetssystem och fartygsburna ljud Nano array, marin bullerövervakningsarray och andra tillämpningar, särskilt hydrofonens dragarraytillämpningar.
På andra språk
- English
- Deutsch
- Español
- Français
- Italiano
- Nederlands
- Norsk
- Polski
- Português
- . Русскийй
- Svenska
- 日本語
- 한국어
- Türkçe
- Dansk
- हिन्दी
- Čeština
- ไทย
- 中文