Back to search

NAERINGSPH-Nærings-phd

Nye aktive materialer i undervannstransdusere

Alternative title: New materials in underwater transducers

Awarded: NOK 1.7 mill.

Project Manager:

Project Number:

290462

Project Period:

2018 - 2022

Funding received from:

Location:

Products from Kongsberg Martime Subsea provide the full picture for underwater applications for seabed mapping, fishery, oil operations and positioning. How detailed pictures that can be provided, depends on the performance of the acoustic transducer generating the sound. Today transducers from Kongsberg are mainly designed with the piezoelectric material PZT as the active part. A piezoelectric material will expand and contract in response to an alternating electric potential. This motion will generate sound waves. Likewise, sound waves will generate motion in the piezoelectric material, which in turn will generate an electric potential which can be measured. The material parameters of the piezoelectric material limit the frequency band in which we can generate sound waves, and also the level of the sound. Recently, new types of active materials have been developed for use in transducers. Especially single crystals have become popular for use in transducers for medical ultrasound. The new materials provide an opportunity for much wider bandwidth, reduced transducer size and better compatibility with new, compact electronics. High volume cost is probably the main reason why single crystals are not yet widely used in underwater transducers. An alternative to single crystals called textured ceramics is now being developed. Textured ceramics are expected to possess many of the qualities of single crystals and have a lower volume cost. We now explore how new active materials may enhance performance in realizable transducer designs. We have designed and manufactured a composite of single crystal and epoxy and have measured that this composite has higher coupling between electrical and mechanical energy than a comparable PZT composite. We have also optimized the layers that provide acoustic matching between the composite and water. We have measured the final transducer in water, and have shown that it can be operated in a wide frequency band. We are now fabricating another type of composite, trying to get a high sound pressure from a small voltage source.

-

Kongsberg Maritime Subsea tilbyr produkter som gir et fullstendig bilde av situasjonen under vann. Produktene dekker behov innen hydrografi, fiskeri, oljeoperasjoner og posisjonering. Hvor detaljerte bildene fra akustiske produkter blir, avhenger i stor grad av ytelsen til transduseren som genererer lydbølgene. Kongsberg produserer i dag hovedsaklig transdusere der det piezoelektriske materialet PZT er den aktive, drivende delen. PZT er et polykrystallinsk materiale. De siste årene har vi sett en utvikling av nye typer aktive materialer, spesielt har enkrystallinske materialer (single crystals) blitt populære i transdusere for medisinske anvendelser. Single crystals har mange attraktive egenskaper for bruk i transdusere. Materialene kan ha svært høy elektroakustisk koplingskonstant, 90%, og dette kan i optimaliserte design gi fordoblet båndbredde i forhold til en god PZT-transduser. Single crystals har også egenskaper som kan gi redusert transduserstørrelse og enklere tilpasning til nye kompakte elektronikkløsninger. Høy volumpris er antakelig den viktigste årsaken til at single crystals til nå er tatt lite i bruk i transdusere for undervannsapplikasjoner. Det forskes nå på et alternativ til single crystals kalt textured ceramics. Textured ceramics er forventet å få mange av de fordelaktige egenskapene til single crystals, men til en mindre produksjonskostnad. Det finnes også andre aktive materialer som er interessante alternativer til PZT. Et eksempel er den piezoelektriske polymeren PVDF. Et annet eksempel er blyfri keramikk, som er å foretrekke av miljøhensyn, men som fortsatt er på forskningsstadiet. Dette prosjektet skal undersøke hvilke og hvor store forbedringer Kongsberg kan oppnå med nye aktive materialer i realiserbare transduserdesign. Målet er å finne ut hvordan ulike typer undervannstransdusere kan designes for å nyttegjøre seg fordelene med nye aktive materialer, og hvilke ulemper som finnes.

Funding scheme:

NAERINGSPH-Nærings-phd