201110水声换能器在水下探测应用中的发展

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水下声学监测技术的创新与发展

水下声学监测技术的创新与发展

水下声学监测技术的创新与发展水下声学监测技术,这可真是个超级酷的领域!不知道你有没有过这样的经历,在一个阳光明媚的日子,去海边玩耍。

海浪拍打着沙滩,发出“哗哗”的声响,当你潜入水中,除了能听到自己的呼吸声,似乎还有一些神秘的声音在耳边回荡。

这就是水下世界的声音,而水下声学监测技术,就是要捕捉和解读这些声音背后的秘密。

想象一下,在深深的海底,有各种各样的生物在活动,它们发出的声音各不相同。

有的像轻轻的低语,有的像急促的呼喊。

水下声学监测技术就像是一个超级灵敏的耳朵,能够捕捉到这些细微的声音变化。

比如说,一条鲸鱼在歌唱,它的声音可以传播数百甚至数千公里。

通过声学监测技术,我们能够追踪到鲸鱼的行踪,了解它们的生活习性和迁徙路线。

这些年,水下声学监测技术一直在不断创新和发展。

以前,监测设备可能又大又笨重,操作起来特别麻烦。

但现在,随着科技的进步,设备变得越来越小巧轻便,就像我们的手机一样,越来越方便携带和使用。

而且,它们的监测精度和范围也有了极大的提升。

比如说,有一次我跟着一个科研团队去进行水下声学监测实验。

我们乘坐着一艘小船,来到了一片相对平静的海域。

大家把小巧的监测设备小心翼翼地放入水中,就像对待珍贵的宝贝一样。

然后,坐在船上静静地等待着数据的采集。

这个过程中,每个人都紧张又期待,眼睛紧紧地盯着电脑屏幕上的数据变化。

突然,监测设备捕捉到了一群海豚的声音,那欢快的叫声仿佛在告诉我们它们正在快乐地嬉戏。

那一刻,大家都兴奋得欢呼起来。

这就是水下声学监测技术的魅力所在,它能让我们与水下生物“对话”,了解它们的世界。

不仅如此,水下声学监测技术在海洋资源开发、环境保护等方面也发挥着重要的作用。

在石油和天然气的勘探中,它可以帮助我们探测海底的地质结构,找到潜在的资源。

在海洋环境监测中,它能够及时发现海洋中的噪音污染,保护海洋生物的生存环境。

未来,水下声学监测技术的发展前景更是不可限量。

也许有一天,我们能够通过这项技术实时了解整个海洋的动态,更好地保护我们的蓝色家园。

海洋论坛▏水声换能器研究进展

海洋论坛▏水声换能器研究进展

海洋论坛▏水声换能器研究进展一、引言声波是迄今为止人类所掌握的唯一能在海洋中远距离传递信息与传播能量的载体,水声技术也因此成为水下通讯导航、水产渔业、海洋资源、海洋地质地貌、军事武器等领域的重要手段。

水声换能器的使命即是在一定频带内按规定的信号形式激发产生声波和不失真地感知与接收水中声波信号,由此换能器也被人们形象地喻为声纳系统的“耳目”。

随着水声技术应用领域的不断拓展与延伸,在海洋资源探测开发的技术竞争、军事对抗及全面感知地球的迫切需求背景下,水声换能器技术的飞速发展成为声纳技术发展的重要前提,新材料技术、精细加工技术、基础工艺技术以及数值计算分析技术等为换能器技术的快速发展提供了物质基础和技术条件。

其中有关新材料、新机理、新结构换能器的发展情况曾在相关综述文章中分别描述过,本文就笔者所掌握的资料和有限的理解水平简要地综述几种典型结构类型换能器近些年的发展状况,主要包括:弯张换能器、圆柱面辐射型换能器、纵向换能器等等。

二、弯张换能器设计研究的新思想及技术动态弯张换能器分为许多类型,其中IV 型弯张换能器是由纵向振子驱动椭圆形外壳做弯曲振动的一类换能器结构形式,常被用于低频大功率发射声源或设计低频主动声纳,如美国海军的拖曳式低频主动声纳(SURTASS-LFA),采用18只大功率IV型弯张换能器组成垂直发射阵,工作频带100~500Hz,声源级220~235dB。

单只换能器用两台S11-48型功率放大器驱动,输出电压1600V,最大声源级215dB。

关于IV型弯张换能器设计改进主要体现在对驱动振子的优化和宽带设计上,有关文献设计了一种长轴加长型结构(图1),以新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅—钛酸铅(PMNT)材料叠堆为驱动元件,这种结构思想使换能器在保持频率低、响应高等优点的同时,显著拓宽了工作带宽。

图1 长轴加长型宽带弯张换能器鱼唇式弯张换能器是我们近些年研究的一种新结构弯张换能器,采用变高度椭圆壳体,这样的壳体兼有振幅放大和高度加权放大的“双重放大”作用,采用T erfenol-D超磁致伸缩材料驱动和溢流腔结构,?3dB带通Q值小于3,采用了溢流腔填充顺性材料可获得较大的工作深度,该型换能器目前已经得到广泛应用,谐振频率可以从100Hz覆盖到1.8kHz,单只换能器谐振频率下声源级在190dB以上,图2给出其中两例换能器实物照片,系列换能器中几何尺寸最小的为长轴80mm,最大的长轴大于1m。

水声探测技术在海洋监测中的应用

水声探测技术在海洋监测中的应用

水声探测技术在海洋监测中的应用咱们都知道,大海那可是个神秘又广阔的世界,深不见底,藏着无数的秘密。

而要想揭开这些秘密,了解大海的情况,就得靠各种厉害的技术。

今天咱们就来聊聊水声探测技术在海洋监测中的神奇应用。

我记得有一次,我跟着一群海洋科学家去进行海洋监测的工作。

那是个阳光灿烂的日子,海风轻轻吹着,海浪拍打着船舷。

我们乘坐着一艘不大不小的监测船,向着大海深处驶去。

一上船,各种仪器设备就让我眼花缭乱。

其中最引人注目的就是那些和水声探测技术相关的家伙事儿。

科学家们忙碌地调试着设备,脸上满是专注和期待。

水声探测技术,简单来说,就是利用声音在水中传播的特性来了解海洋的情况。

这就好比我们在黑暗中用手电筒照亮前方一样,声音就是我们在海洋里探索的“手电筒”。

比如说,通过声呐系统,我们可以探测到海底的地形地貌。

想象一下,声音像一个个小使者,从船上发射出去,然后在海底反弹回来。

根据声音返回的时间和强度,我们就能知道海底是平坦的沙滩,还是陡峭的悬崖,是深深的海沟,还是隆起的海岭。

这可太神奇了!有一次,声呐显示前方的海底突然出现一个大坑,大家都紧张起来,赶紧调整航向,避免了潜在的危险。

还有一种叫做多普勒流速剖面仪的设备,它能测量海水的流速和流向。

这对于研究海洋环流、海洋生态等都非常重要。

就好像我们要了解城市里的交通流量一样,知道海水怎么流动,才能更好地理解海洋中的各种现象。

另外,水声探测技术还能帮助我们监测海洋中的生物。

有些鱼类会发出特定的声音,通过捕捉这些声音,我们就能知道它们的存在和活动情况。

这就像是在一个热闹的市场里,通过听声音就能分辨出不同的摊主在卖什么。

在那次海洋监测的过程中,有个小插曲让我印象特别深刻。

我们的仪器突然检测到了一种奇怪的声音信号,大家都兴奋起来,纷纷猜测这到底是什么。

经过一番分析,原来是一群海豚正在附近嬉戏玩耍。

它们欢快的叫声通过水声探测设备传到我们耳朵里,那一刻,感觉大海真的充满了生机和活力。

水声换能器的背景与发展现状

水声换能器的背景与发展现状

为什么需要宽带?
换能器的带宽对信号传输有着非常重要的影响。在频域, 影响传输声信号的频谱;在时域,影响信号的波形。
宽带的好处
1.换能器能够宽带发射,使发射信号不局限于单频脉冲, 还可以发射调频信号。
2.对于通讯声纳和水下机器人,宽带换能器可以提高信号 的传输速率、提高通讯的可靠性和保密性、降低误码率。
为什么需要大功率?
远程声呐必然要求声呐具有很大的声功率 ,根据文献,在100Hz若要得到210dB( 参考1μPa.m)声源级需要4×103W的辐 射声功率而在低频时辐射声阻抗中阻的分 量很小,导致辐射到水中的的声功率非常 小,即使机械换能效率很高,总效率也将 是低的,因而想要得到200dB以上的声源 级具有相当的难度。
多模耦合拓展带宽的原理
能够产生多模多谐振的方法主要是在一个振动系统中产生 两种以上模态的振动或者是调节一种模态的二次、三次倍 频与基频间隔。不同模态或阶次的组合频率响应不产生间 断和过深的凹谷以实现换能器宽带工作 。
各种Tonpilz换能器
带匹配层纵振振动换能器
混合激励换能器
双前盖板换能器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
纵弯耦合换能器
6、弯曲圆盘换能器
该换能器中间是金属片,正反两面粘附着压电陶 瓷圆片,利用压电陶瓷的厚度振动带动金属片的 弯曲振动,从而实现低频发射。
与之类似的三叠片换能器广泛应用于石油测井行 业。
四、水声换能器的测量
大型消声水池
桁车测量系统
换能器实验测量系统
谢谢
(4)弯张换能器的不利方面是:不适合大深度工作,原 因是传统的弯张换能器直接对壳体施加预应力,在深水中, 巨大的静水压力作用在壳体上,减少了有源材料的预应力, 从而使有效功率降低。

水下声发射和接收器的技术研究和发展趋势

水下声发射和接收器的技术研究和发展趋势

水下声发射和接收器的技术研究和发展趋势水下声发射和接收器是水下声波通信技术中的重要组成部分,广泛应用于海洋勘探、声纳等领域。

随着科技的发展和应用需求的增加,该技术也在不断发展。

本文将探讨水下声发射和接收器的技术研究现状和发展趋势。

一、水下声发射器的技术研究水下声发射器是将电信号转换为水下声波信号的设备。

其技术研究主要集中在以下几个方面:1.1 信号调制技术水下声信号传输具有高频衰减、多径干扰等复杂环境,因此需要通过信号调制技术来提高信号的传输质量。

目前已经有多种信号调制技术得到应用,如相位键控调制(PSK)、正交频分多址技术(OFDM)等。

1.2 发射声源设计对水下声发射器的发射声源进行设计,既要满足在海洋环境中产生较强的信号,又要保证设备能够在不同水深区域下工作。

因此,研究人员采用了多种声源设计方案,如阵列发射器、脉冲压缩技术等。

1.3 信号接口标准化为更好地满足不同设备之间的互操作性,研究人员正在进行水下声信号接口标准化研究,使不同设备之间可以互相通信。

二、水下声接收器的技术研究水下声接收器是将声波信号转换为电信号的设备,其技术研究主要集中在以下几个方面:2.1 接收灵敏度和频响特性水下声波信号在传输过程中会受到多种干扰,对声接收器的灵敏度和频响特性提出了较高的要求。

因此,研究人员采用了混合型接收器、带通滤波技术等方法,提高了声接收器的灵敏度和特性。

2.2 接收器部件研制与水下声发射器相比,水下声接收器所需的构件更为复杂,研制难度也更大。

目前,随着各种新材料和新技术的发展,研究人员已经开发出了多种不同类型的水下声接收器,如石英晶体、压电陶瓷等。

2.3 数字信号处理技术随着数字信号处理技术的发展,研究人员正在探索将其应用于水下声接收器中,提高设备的信号处理能力,从而提高设备的性能。

三、水下声发射和接收器的发展趋势随着科技的发展和应用需求的提高,水下声发射和接收技术也在不断发展,主要表现在以下几个方面:3.1 驱动技术的进步随着传感器材料和加工技术的发展,驱动技术已经从传统的机械式驱动向无机器运动的电磁式驱动转变,从而为水下声发射和接收器的性能提升提供了更多的可能性。

水下声学信号处理技术的应用与发展研究

水下声学信号处理技术的应用与发展研究

水下声学信号处理技术的应用与发展研究随着人们对深海资源和生态环境需要的了解越来越深入,对水下声学技术的需求也越来越大。

水下声学是一门研究在水中传递声波、获取并处理水下声信号的一门技术。

近年来,随着水下油气勘探、海底地形调查、水下通信、水下声纳导航等领域的快速发展,水下声学逐渐成为了一个新兴、热门的应用技术。

在这个过程中,水下声学信号处理技术的应用与发展研究也逐渐受到重视。

一、水下声学信号处理技术的应用1.水下油气勘探在水下油气勘探中,水下声学是一种重要的勘探手段。

通过使用声波探测器,可以对水下地层情况进行精确探测。

目前,水下声波成像技术已经可以实现 3D 声波成像和全波形反演技术,在勘探效率和精度上都有了极大的提高。

2.海底地形调查水下声学技术在海底地形调查方面也有着广泛的应用。

水下声波测量技术可以测量出海底地形变化、水深等信息。

声纳测深技术是目前用得最广泛的一种海洋地形探测技术,它可以满足不同深度范围内的勘测需要,受到了广泛的青睐。

3.水下通信水下通信是水下声学学科的一大应用领域。

为了解决水下通信问题,需要研究水下声学信号的传输、接收和信噪比等问题,并通过声学信道建立链接,实现水下通信。

目前,水下通信主要通过声卡技术实现。

声卡是一种能够将电信信号转换为水声信号的装置,在水下声学通信中有着重要的作用,已经得到了广泛的应用。

二、水下声学信号处理技术的发展研究1.信号处理算法在水下声学信号处理领域,信号处理算法是一个极其关键的部分。

目前,常用的水下信号处理算法主要有小波分析、时-频分析、卷积神经网络等。

近年来,针对复杂环境下的水下信号处理问题,研究者尝试使用深度学习的方法。

这样可以使得算法更加高效、精准、可靠。

2.加强信噪比的技术由于水下环境的复杂性,导致环境噪声非常大,会对声波信号的传输造成严重干扰。

目前人们正致力于开发一系列新的技术,以便解决水下环境噪声对信号传输的干扰问题。

例如,可以使用自适应信号处理算法,对水下环境干扰进行实时的补偿和滤波,从而提高声波信号的信噪比。

水下声学监测技术的进展

水下声学监测技术的进展

水下声学监测技术的进展在探索海洋的奥秘、保障海洋安全以及开展各类水下工程活动中,水下声学监测技术发挥着至关重要的作用。

这项技术如同海洋世界的“耳朵”,能够捕捉到水下那神秘而复杂的声音信号,为我们揭示海洋的种种秘密。

水下声学监测技术的发展历程可谓充满了挑战与突破。

早期,由于技术的限制,我们对水下声音的监测能力相对较弱,所获取的信息也较为有限。

但随着科学技术的不断进步,尤其是在传感器技术、信号处理技术以及计算机技术等领域的飞速发展,水下声学监测技术迎来了巨大的变革。

传感器技术的进步是水下声学监测技术发展的重要基石。

过去,传感器的灵敏度和精度较低,无法有效地捕捉到微弱的水下声音信号。

如今,新型的传感器材料和制造工艺不断涌现,使得传感器的性能得到了极大提升。

例如,压电陶瓷材料的应用使得传感器能够更敏锐地感知声音的振动,从而提高了信号的采集质量。

同时,传感器的尺寸也在不断减小,这使得它们能够更加灵活地部署在各种水下环境中,无论是深海还是浅海,都能为我们提供准确而丰富的声音数据。

信号处理技术的发展也为水下声学监测技术带来了质的飞跃。

在过去,对采集到的声音信号进行处理往往面临着诸多困难,如噪声干扰严重、信号特征提取困难等。

而现在,先进的数字信号处理算法和软件工具让我们能够更加有效地去除噪声,提取出有用的信号特征。

例如,自适应滤波技术可以根据环境的变化自动调整滤波参数,从而更好地去除噪声;小波变换技术则能够在时频域上对信号进行精细分析,帮助我们发现隐藏在复杂信号中的微小特征。

这些技术的应用大大提高了水下声学监测的准确性和可靠性。

计算机技术的进步为水下声学监测技术提供了强大的计算支持。

大规模的数据处理和复杂的模型运算在现代高性能计算机的助力下变得不再困难。

通过建立精确的水下声学模型,我们可以更好地理解声音在水下的传播规律,从而对监测数据进行更准确的解释和分析。

同时,云计算和大数据技术的出现也使得我们能够对来自多个监测站点的海量数据进行快速整合和分析,实现对大范围水下区域的实时监测和动态评估。

水下声通信技术在海底工程中的应用研究

水下声通信技术在海底工程中的应用研究

水下声通信技术在海底工程中的应用研究一、引言水下声通信技术是一项非常先进的技术,它主要是通过利用水下传播声波的能力进行信息传递。

随着海底工程的发展,水下声通信技术得到了广泛的应用,比如海底电缆、海底油气管道等领域。

本篇文章将重点分析水下声通信技术在海底工程中的应用研究。

二、水下声通信技术的原理水下声通信技术是基于声信号与水的相互作用原理而设计的。

声波会在水中传播并反射,而这些声波可以通过调制来表示信息。

水下声通信技术通过不同频率的声波来传送不同的信号,并且整个通信过程需要对传输信号进行压缩去噪等处理,以确保信号能够被准确传递。

三、水下声通信技术的优势与其他通信技术相比,水下声通信技术有以下几个主要优势:1、在水中传播的速度较快;2、深度不受限制;3、不易受到外界干扰。

四、水下声通信技术在海底工程中的应用水下声通信技术在海底工程中的应用非常广泛,以下是其中的几个主要的应用:1、海底电缆:海底电缆是重要的海底工程之一,在海底电缆的建设过程中,需要实现电信号的传输,而水下声通信技术就是为之提供了一种非常方便的解决方案。

通过水下声通信技术,将电信号进行模拟处理,并以声波的形式进行传输,这就可以避免电信号受到海水等外界因素的影响。

2、海底油气管道:海底油气管道是海洋资源开发中非常重要的一环,在采油和运输油气的过程中,需要实现大量的数据传输,而这些数据的传输都离不开水下声通信技术的支持。

通过水下声通信技术,可以实现海底油气管道的数据监测、控制和管理。

3、水下地质勘探:水下地质勘探是海洋资源开发的另一个重要领域,通过水下声通信技术,可以实现对海底结构的探察,了解海底地形和海底沉积物的情况,以及海底动态变化等重要信息。

这对于石油勘探、海洋资源开发和地理学研究等方面都是非常有帮助的。

五、水下声通信技术的研究现状当前,水下声通信技术的研究主要集中于以下方面:1、水下合作通信技术;2、水下声纳图像的实时采集与处理技术;3、水下声信号的压缩传输和去噪处理技术。

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水声换能器在水下探测应用中的发展郑乙(海军装备部,山西侯马043003)[摘要]水声换能器是利用声波对水下目标进行探测、识别以及定位或者进行水下通信和发报的主要工具。

用来发射声波的换能器称为发射器。

当换能器处于发射状态时,将电能转换成机械能,再转换成声能。

目前利用压电材料设计的常规换能器阵元,尤其是低频换能器,由于其结构上的特点,使得体积与重量庞大,不仅使制造、使用与维修成本提高,而且对平台提出了特殊要求,并限制了组阵的规模和形式,从而约束了战术与技术指标。

如何解决声基阵的组阵规模与组阵形式问题,如何将低频、高频声纳基阵的结构设计统一起来,并在新阵元结构的基础上,通过组合大规模共形基阵,提高声纳基阵的各项技术指标,无疑是发挥平台与水中兵器作战性能,提高我军水下作战能力的迫切需要。

[关键词]水声换能器;水下探测;应用;发展1新型压电复合换能器图3.1月芽式压电复合换能器阵元与阵元剖面图图3.2钹式换能器阵元与阵元剖面图月芽式压电复合换能器(如图3.1)和钹式压电复合换能器(如图3.2)是当前国外重点研究的最具代表性的弯张换能器。

这两种结构的压电复合换能器由其金属端帽的形状而得名。

月芽式结构的金属端帽腔体为月芽式,而钹式结构的金属端帽腔体为翘钹式,腔体为空气,它们都是通过金属与压电陶瓷复合制作而成。

金属—压电陶瓷复合材料通过板状、壳状和帽状金属与压电陶瓷复合,改变陶瓷内部的应力分布,从而提高压电材料的性能。

其主要特点是设计简单、易于加工、成本低。

月芽式压电复合换能器和钹式压电复合换能器显现出良好的压电性能,这种结构通过帽状金属与陶瓷介面的应力转换,改变陶瓷介面的应力分布,使复合材料的纵向压电性能和横向压电性能产生加合作用,从而大大提高材料的压电耦合性能dh。

其中月芽结构复合材料的d h较压电陶瓷高10~20倍。

帽状结构可以较压电陶瓷提高30~40倍。

月芽和帽状金属—压电陶瓷复合材料与压电陶瓷的性能比较见表3.1。

表3.1金属—压电陶瓷复合材料的性能2钹式换能器图4.1钹式换能器阵元基本结构剖面图图4.2钹式阵元陶瓷片的径向位移转化为金属帽厚度方向位移阵元结构:阵元基本结构如图4.1,它是由两片冲压成钹状的金属片与压电陶瓷片粘结成型,金属片材料可以为钛合金、黄铜、合金钢等。

利用钛合金作为金属片材料,可以使钹式阵元具有较大的抗水压性能,对于阵元直径dp=10mm的钹式换能器可以承受600米水深时的压力。

但是钛合金材料较黄铜和合金钢材料昂贵,因此在不考虑水深使用时,钛合金材料相对受限。

黄铜与合金钢材料相比,当它们同时应用于钹式阵元时,黄铜材料的钹式阵元具有更好的压电性能。

压电陶瓷的材料也主要包括PZT-4、PZT-8和PZT-5,钹式换能器作发射换能器使用时,常用PZT-4和PZT-8压电陶瓷,作接收换能器使用时,常用PZT-5压电陶瓷。

工作原理:当在钹式阵元的两极施加电压时,压电陶瓷会产生纵向和横向的振动,压电陶瓷的纵向振动,使得阵元的两金属片直接产生纵向位移;压电陶瓷片的横向位移使得金属片发生径向的压缩或扩张,由于钹式的特殊形状,这同样导致金属片顶端产生纵向的位移,如图4.2。

压电陶瓷纵向和径向位移都会使得金属端帽产生纵向的位移,而且两种位移叠加后的结果,即为金属端帽的位移,从而产生了金属端帽位移的放大。

3钹式压电换能器的特点及应用前景3.1钹式压电换能器的特点1)阵元体积小,静压压电系数高,易与水介质匹配,具有十分大的带宽;其中利用凹型阵元设计、特殊静液压平衡设计,突破基阵的工作深度限制。

2)为水下平台与水中兵器提供一类全面适用的声传感器与阵列,该类声基阵体积小、重量轻、适用范围广,采用共形阵方式,布阵安装灵活,对平台结构无要求。

3)由于新型钹式阵元小而轻的特点,可以将其进行大规模组阵,获得较高灵敏度(FFVS)和较大的发射幅压响应(TVRS)。

4)用钹式阵元设计理论与专用软件,将各个频段(下转第60页)(上接第58页)的基阵结构统一为各种尺度的钹式结构,籍此可以优化、开发各个频段的声基阵,并且避免了不必要的繁琐试验,形成快速统一的新型钹式基阵设计开发方法。

利用该方法,除了研制同类工作频率的产品,还将开发新的工作于不同频段的低频、高频阵元与基阵。

3.2应用前景1)水下通信:由于钹式声纳换能器具有体积小、重量轻、易于布放、灵敏度高等特点,因此可以将钹式声纳阵元组成线列阵用于水下通信,或作为水下通信系统单元建立水下通信网路,实现水下大面积、长距离的通信,而且可以根据作战需要,即时改变水下布防位置,使水下通信快捷、灵活。

2)用于鱼雷制导:钹式声纳具有较高的接收灵敏度,可以将钹式声纳应用于被动式鱼雷,实现鱼雷的跟踪制导。

3)用于潜艇接收声纳:可以将钹式声纳阵元组成共性阵,布置在潜艇头部或侧面,起到侦查、定位等功能。

4)其他:可以作为拖曳声纳、水雷规避声纳、吊放声纳等。

作者简介:郑乙,1985年生,工作单位海军装备部,籍贯河南洛阳,研究方向为军品质量管理。

[参考文献][1]A.D.Waite著,王德石等译,实用声纳工程,北京:电子工业出版社,2004.[2]张福学,现代压电学,北京:科学出版社,2002(上、中、下册).[3]栾桂冬等.压电换能器和换能器阵.北京:北京大学出版社,1990(上、下册).[4]徐芝纶.弹性力学.北京:高等教育出版社,2006(上册).[5]VernonH.Neubert.MECHANICALIMPEDANCE:MODELLING/ANALYSIS OF STRUCTURES.The Pennsylvania State University,1987.[6]李邓化等.新型压电复合换能器及其应用.北京:科学出版社,2007.[7]华南工学院,天津大学合编.压电陶瓷.国防工业出版社,1980.[8]林书玉.超声换能器的原理及设计.北京:科学出版社.2004.[9]张云电.夹心式压电换能器及其应用.北京:科学出版社.2006.[10]Susan Elaine Danley.THICKNESS DEPENDENCE OF CYMBAL,RING CYMBAL AND DOUBLE DIPPER TRANSDUCERS,The Pennsylvania State University,2004.[11]Jindong Zhang.MINIATURIZED FLEXTENSIONAL TRANSDUCERS AND ARRAYS,The Pennsylvania State University,2000.[12]Yutaka Sugawara,Katsuhiko Onitsuka,etc.Metal-Ceramic Composite Actua-tors,J.Am.Ceram.Soc.75[4]996-998.1992.[13]刘伯胜,雷家煜编.水声学原理.哈尔滨工程大学出版社,1993.[14]李邓化.1-3型复合材料和钹式压电换能器及其应用.西安交通大学博士学位论文,1999.[15]王荣津等.水声材料手册.科学出版社,1983.[16]田坦,刘国枝,孙大军编著.声纳技术.第一版,哈尔滨工程大学出版社,2000.全的,但还需核算基础的抗倾覆能力,等下文分析。

再看看单回路三根JKLYJ-10-1×120架空绝缘线,档距30m,弧垂比常规弧垂0.5米加大至1米时水泥杆的抗弯强度是否满足。

此条件下的水平拉力为1819N。

以12米水泥杆为例,一般埋深为2米,则离顶部10米处的水平弯矩为1819×10=18.19KN×M。

如果碰到大风大雪,敷冰天气,所承受的弯矩将大大超过此数值,因此取安全系数2。

即18.19×2=36.38KN×M。

最常用的12米水泥杆C类J级的抗弯矩强度为34.12KN×M。

36.38略大于34.12,说明,单回路三根JK-LYJ-10-1×120架空绝缘线,即使档距只有30米,弧垂比常规0.5米大的多,加大到1米情况下,水泥杆在碰到大风大雪,敷冰天气下,仍有危险。

有些施工单位,以随便想想的态度,120线径50米档距下,不打拉线没有问题的想法是非常危险的,必须立即改正。

3水泥杆基础抗倾覆能力核算水泥杆除了需核算抗弯矩强度,即核算水泥杆是否有断杆危险。

还需核算水泥杆的基础抗倾覆能力,即埋入地下部分的水泥杆,是否有足够的力防止电杆倾斜甚至倒杆。

单回路常用水泥杆为12米杆,以12米杆为例,12米杆底部梢径约300m m,埋深以2米计,与泥土的垂直方向面积为0.3×2=0.6m2。

坚土情况下,抗倾覆力为62.7×0.6=37.62KN;可塑土情况下,抗倾覆力为48×0.6=28.8KN,软土情况下,抗倾覆力为25.2×0.6=15.12 KN。

因埋深为2米,因此抗倾覆力的平均力矩为1米,即抗倾覆力矩在三种土质下,分别为37.62KN×M,28.8KN×M,15.12KN×M。

最常用的12米水泥杆C类J级的抗弯矩为34.12KN×M。

37.62大于34.12,因此在坚土情况下,不打拉线,只要经过电杆抗弯矩核算,抗倾覆能力也就没有问题了。

在可塑土情况下及软土情况下,经过电杆抗弯矩核算后,还需核算抗倾覆能力,在抗倾覆能力不能达到要求下,可通过加装卡盘来解决。

土压力系数m(KN/m3)4结语综上所述,小容量用户杆变工程,单回路小线径架空绝缘线,水泥杆承受单方向的水平拉力,在确实无法打拉线情况下,可通过技术处理,免除拉线。

技术处理方法为减小档距,增加弧垂,加强基础强度。

具体如何通过计算作技术处理,读者可参考前文所述。

经过严格的水泥杆抗弯矩强度核算和水泥杆基础抗倾覆能力核算后,水泥杆可不打拉线。

但很多施工队和设计人员,不经安全核算,就盲目的取消拉线,确实是非常危险的。

作者简介:周骁,男,1979年生,单位温州电力局,现在职称工程师。

[参考文献][1]国家电网公司.国家电网公司输变电工程典型设计配电分册[规范].中国, 2006.。

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