Enkelrigting sirkelvormige hidrofoonsensor

                                

Inleiding

 

Die sirkelvormige hidrofoon is 'n algemeen gebruikte tipe hidrofoon, wat gewoonlik in lae frekwensiebande gebruik word. Dit het die kenmerke van plat frekwensierespons, klein grootte, lae versnelling sensitiwiteit, nie-direktiwiteit en goeie konsekwentheid. Die eenrigting sirkelvormige hidrofoonsensor wat in hierdie artikel bekendgestel word, is gemaak van 'n dipool keramiekbuis en 'n monopool keramiekbuis. Die sein wat deur die dipool ontvang word, word faseverskuif en versterk, en dan word die sein ontvang met die monopool sintetiseer om 'n hartvormige rigting te vorm. Die eenrigting sirkelvormige hidrofoon is klein in grootte en lig in gewig. As die piëzo-element van 'n groot ontvangsskikking, kan dit effektief die gewig van die skikking verminder. Veral wanneer dit in 'n konforme skikking gebruik word, kan dit funksioneer as 'n virtuele klankbaffle en opsporing realiseer. Die hawe en hawe word onderskei.

 

1 Teoretiese analise

Die skematiese diagram van die eenrigting sirkulêre hidrofoon word in Figuur 1 getoon. Dit kan gesien word dat die eenrigting sirkelbuis hidrofoon die natuurlike rigting van die dipool en die alrigting rigting van die monopool gebruik om die kardioïed rigting te sintetiseer.

 

In die lae frekwensieband is die faseverskil tussen die monopool-vibrasiemodus en die dipoolvibrasiemodus van die piëzo-keramiekbuis van dieselfde grootte 90°, dus kan die dipool-piëzo-keramiekbuis vir 90°-fase vergoed word. Terselfdertyd is daar 'n verskil in die grootte van die ontvangde sein tussen die twee, dus moet die amplitude van die dipool versterk word sodat die invallende klankgolwe in die 180°-rigting mekaar uitkanselleer, en die rigting van die hidrofoon hartvormig is.

 

2 Eindige element simulasie van eenrigting hidrofoon

Gebruik ANSYS eindige element simulasie sagteware om 'n hidrofoonmodel te bou. Soos in Figuur 2 getoon, is die blou 'n dipool, die rooi is 'n monopool en die pienk is 'n waterarea. Die gebruik van simmetriese grense kan die model vereenvoudig, en hoef slegs 1/2 model te bou. Die piëzo-elektriese keramiekmateriaal is PZT-5, die grootte isφ20mm×φ18mm×10mm, sy resonansiefrekwensie is by 48kHz.

Volgens die teoretiese analise, bereken eers die fase en die ontvangsensitiwiteit van die monopool- en dipool-ontvangseine onderskeidelik, en die resultate word in Figuur 3 en Figuur 4 getoon. Daar kan gesien word dat in die lae frekwensieband, die faseverskil tussen monopool- en dipoolbestraling ongeveer 90° van is, met skommelinge van 2.°. Sensitiwiteitsverskilveranderingskurwe .Die lyn het 'n minimum helling rondom 6kHz. Hiervolgens kan die middel-bedryfsfrekwensie rondom 6kHz gestel word, die dipoolfaseverskuiwing is 90 grade, en die amplitudekompensasie is 10 keer.

Volgens die faseverskuiwing en amplitudekompensasie wat hierbo bereken is, word die eenrigting sirkelvormige buis gesimuleer en bereken, en die rigtingdiagram word in Figuur 5 getoon. Daar kan gesien word dat die hidrofoon die beste hartvormige rigting het by 6kHz. In die reeks van 4kHz~12kHz, die verskil in bestraling voor en na die hidrofoon Bo 10dB, kan dit beskou word dat die hidrofoon eenrigting het en voor en agter kan onderskei.

3 Maak en toets van eenrigting sirkelbuis hidrofoon

Volgens die resultate van die simulasieberekening word die werklike prentjie van 'n eenrigting-sirkulêre buis-hidrofoon in 6 getoon.

Meet in die anechoiese poel, gebruik die verkrygingsbord vir dataverkryging, en gebruik Matlab om die verkryde data te verwerk volgens die faseverskuiwing en amplitudekompensasie wat deur die simulasie verkry is. Die gerigtheidsdiagram wat verkry is, word in 7 getoon.

Die gemete 4kHz~12kHz rigtinggrafiekdata van die eenrigting-sirkulêre buis stem basies ooreen met die simulasie, maar die voorste en agterste stralingsverskil is effens kleiner as die simulasieresultaat, wat veroorsaak word deur die groot en klein dipoolfiguur-van-agtrigting. Hierdie toets verifieer dat die eenrigting sirkulêre buis hidrofoon sensor het wye-band eenrigting werkverrigting. As 'n ontvangende skikkingselement het dit die vermoë om tussen stuurboord en stuurboord te onderskei.

 

4 Gevolgtrekking

In hierdie vraestel word 'n eenrigting sirkelvormige buis ontwerp. Deur gebruik te maak van die beginsel van monopool- en dipool-direktiwiteitsintese, word fasekompensasie en amplitudeversterking op die dipool uitgevoer, en die eenrigting in die frekwensieband van 4kHz~12kHz kan verkry word. Uiteindelik slaag dit die toets. Die moontlikheid van hierdie soort hidrofoon word geverifieer, en dit het 'n sekere praktiese vooruitsig. Die volgende stap is om die produksie van die dipoolbuis te verbeter, die sensitiwiteit van die hidrofoon te optimaliseer en die werkfrekwensieband te verbreed.