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Tecniche di amplificazione di potenza nella caratterizzazione dei trasduttori acustici subacquei

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Test del rilassamento ferroelettrico a cristallo singolo per l'acustica subacquea

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Spinta dalle esigenze di sviluppo delle risorse marine e di avanzamento strategico nazionale, la tecnologia di rilevamento acustico subacqueo continua a evolversi e a innovarsi. In questo campo, i trasduttori acustici subacquei, in quanto componenti fondamentali per la trasmissione e la ricezione delle onde acustiche subacquee, svolgono un ruolo cruciale, rendendo essenziale il miglioramento delle prestazioni. I trasduttori a banda larga offrono vantaggi significativi nella trasmissione dei segnali acustici subacquei. Tuttavia, il raggiungimento della trasmissione a banda larga per i trasduttori ad alta frequenza rimane una sfida. I trasduttori a banda larga presentano numerosi vantaggi.
Nome dell'esperimento: Test di trasduttori acustici rilassanti ferroelettrici a cristallo singolo per la trasmissione sottomarina
Principio sperimentale:
Questo studio dimostra che quando un trasduttore di trasmissione ha frequenze di risonanza multiple, la selezione di una frequenza di accoppiamento appropriata può ottenere una larghezza di banda significativamente ampia. I risultati indicano che quando la frequenza di accoppiamento corrisponde alle frequenze di risonanza inferiori o medie del trasduttore, le larghezze di banda frazionali di -3 dB sono rispettivamente del 48% e del 56%, mentre le larghezze di banda frazionali di -6 dB sono rispettivamente del 68% e del 78%. Le risposte massime alla tensione di trasmissione all'interno della larghezza di banda di -6dB sono rispettivamente 140,1dB e 138,1dB. Rispetto al trasduttore senza accoppiamento acustico (larghezza di banda frazionaria a -3 dB del 33%, larghezza di banda frazionaria a -6 dB del 59% e risposta alla tensione di trasmissione di 146,6 dB), la larghezza di banda è migliorata. Tuttavia, quando viene accoppiato alla frequenza di risonanza più alta, la larghezza di banda frazionaria di -3dB raggiunge il 67% (88-177kHz) e la larghezza di banda frazionaria di -6dB raggiunge il 107% (79-259kHz), insieme a un'elevata risposta della tensione di trasmissione di 143,5dB. Il trasduttore fabbricato misura 19 mm × 25 mm, dimostrando che il trasduttore progettato può raggiungere una trasmissione acustica subacquea a banda larga ad alta frequenza in una forma compatta.
Diagramma a blocchi sperimentale:[图片]Foto del setup sperimentale:[图片]Procedura sperimentale:
In questo esperimento è stata utilizzata una piscina di 5 m di lunghezza, 3 m di larghezza e 2 m di profondità. È stata utilizzata una struttura di prova progettata per fissare il trasduttore in esame e un idrofono standard a una profondità di 1 m sotto la superficie dell'acqua, con una distanza orizzontale di 1 m tra loro. Come mostrato nel diagramma schematico, è stato utilizzato un generatore di segnali (Keysight 33600A) per produrre segnali a impulsi sinusoidali alle frequenze corrispondenti. Questi segnali sono stati amplificati da un amplificatore di potenza (Aigtek ATA-L6) e collegati ai terminali positivo e negativo del trasduttore in esame. Per ricevere le onde acustiche emesse dal trasduttore è stato utilizzato un idrofono standard (Teledyne RESON TC4034). I segnali ricevuti sono stati visualizzati su un oscilloscopio (Keysight DSOX3014T), mentre un altro canale dell'oscilloscopio è stato collegato alla porta di monitoraggio dell'amplificatore di potenza per osservare la frequenza, l'ampiezza e altre informazioni del segnale di uscita.
Aree di applicazione: Acustica marina, Materiali piezoelettrici, Ingegneria subacquea
Scenari applicativi: Trasduttori acustici, trasduttori a banda larga, cristalli singoli ferroelettrici rilassanti, strati di accoppiamento acustico, accoppiamento di impedenza elettrica, vibrazioni laterali, modalità di fascio acustico ortogonale, simulazione agli elementi finiti

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