مستشعر هيدروفون دائري أحادي الاتجاه

                                

مقدمة

 

الهيدروفون الدائري هو نوع شائع الاستخدام من الهيدروفونات، والذي يستخدم بشكل عام في نطاقات التردد المنخفض. يتميز بخصائص استجابة التردد المسطح، الحجم الصغير، حساسية التسارع المنخفضة، عدم الاتجاهية والاتساق الجيد. أحادي الاتجاه يتكون مستشعر الهيدروفون الدائري المقدم في هذه المقالة من أنبوب سيراميك ثنائي القطب وأنبوب سيراميك أحادي القطب. يتم إزاحة الإشارة التي يستقبلها ثنائي القطب وتضخيمها، ثم يتم استقبال الإشارة مع تركيب أحادي القطب لتشكيل اتجاه على شكل قلب. الهيدروفون الدائري أحادي الاتجاه صغير الحجم وخفيف الوزن. باعتباره العنصر الانضغاطي لمصفوفة الاستقبال الكبيرة، فإنه يمكنه تقليل وزن المصفوفة بشكل فعال. خاصة عند استخدامه في مصفوفة امتثالية، يمكن أن يعمل كحاجز صوت افتراضي ويحقق الكشف. يتميز الميناء والميناء.

 

1 التحليل النظري

يظهر الشكل 1. الرسم التخطيطي للهيدروفون الدائري أحادي الاتجاه في الشكل 1. ويمكن ملاحظة أن الهيدروفون الأنبوبي الدائري أحادي الاتجاه يستخدم الاتجاه الطبيعي للثنائي القطب والاتجاه متعدد الاتجاهات للأحادي القطب لتجميع الاتجاه القلبي.

 

في نطاق التردد المنخفض، يكون فرق الطور بين وضع الاهتزاز أحادي القطب ووضع الاهتزاز ثنائي القطب لأنبوب السيراميك الانضغاطي من نفس الحجم هو 90 درجة، وبالتالي يمكن تعويض أنبوب السيراميك الانضغاطي ثنائي القطب لمرحلة 90 درجة. في الوقت نفسه، هناك اختلاف في حجم الإشارة المستقبلة بين الاثنين، لذلك يجب تضخيم سعة ثنائي القطب بحيث تلغي الموجات الصوتية الساقطة في اتجاه 180 درجة بعضها البعض، ويكون اتجاه الهيدروفون على شكل قلب.

 

2 محاكاة العناصر المحدودة هيدروفون أحادي الاتجاه

استخدم برنامج محاكاة العناصر المحدودة ANSYS لبناء نموذج هيدروفون. كما هو موضح في الشكل 2، اللون الأزرق ثنائي القطب، والأحمر أحادي القطب، والوردي منطقة مائية. يمكن أن يؤدي استخدام الحدود المتماثلة إلى تبسيط النموذج، ويحتاج فقط إلى بناء نموذج 1/2. مادة السيراميك الكهرضغطية هي PZT-5، الحجم هوφ20mm×φ18mm×10mm، تردد الرنين الخاص بها هو 48 كيلو هرتز.

وفقًا للتحليل النظري، قم أولاً بحساب الطور وحساسية الاستقبال لإشارات الاستقبال أحادية القطب وثنائي القطب على التوالي، وتظهر النتائج في الشكل 3 والشكل 4. ويمكن ملاحظة أنه في نطاق التردد المنخفض، يبلغ فرق الطور بين الإشعاع أحادي القطب وثنائي القطب حوالي 90 درجة، مع تقلبات قدرها 2.5 درجة. منحنى تغيير فرق الحساسية. الخط لديه الحد الأدنى من المنحدر حوالي 6 كيلو هرتز. وفقًا لهذا، يمكن ضبط تردد التشغيل المركزي على حوالي 6 كيلو هرتز، ويكون إزاحة الطور ثنائي القطب 90 درجة، وتعويض السعة 10 مرات.

وفقًا لإزاحة الطور وتعويض السعة المحسوبة أعلاه، تتم محاكاة وحساب الأنبوب الدائري أحادي الاتجاه، ويظهر مخطط الاتجاه في الشكل 5. ويمكن ملاحظة أن الهيدروفون لديه أفضل اتجاه على شكل قلب عند 6 كيلو هرتز. في نطاق 4 كيلو هرتز ~ 12 كيلو هرتز، يكون الفرق في الإشعاع قبل وبعد الهيدروفون أعلى من 10 ديسيبل، ويمكن اعتبار أن الهيدروفون أحادي الاتجاه ويمكنه التمييز بين الأمام والخلف.

3 تصنيع واختبار الهيدروفون الأنبوبي الدائري أحادي الاتجاه

وفقًا لنتائج حساب المحاكاة، تظهر الصورة الفعلية لمكبر صوت أنبوبي دائري أحادي الاتجاه في الشكل 6.

قم بالقياس في المجمع عديم الصدى، واستخدم لوحة الاستحواذ للحصول على البيانات، واستخدم Matlab لمعالجة البيانات التي تم الحصول عليها وفقًا لمرحلة التحول وتعويض السعة التي تم الحصول عليها عن طريق المحاكاة. يظهر مخطط الاتجاه الذي تم الحصول عليه في 7.

تتوافق بيانات الرسم البياني الاتجاهي المقاسة 4 كيلو هرتز ~ 12 كيلو هرتز للأنبوب الدائري أحادي الاتجاه بشكل أساسي مع المحاكاة، لكن فرق الإشعاع الأمامي والخلفي أصغر قليلاً من نتيجة المحاكاة، والذي يحدث بسبب اتجاه ثنائي القطب الكبير والصغير ذو الرقم ثمانية. هذا الاختبار يتحقق من أن أحادي الاتجاه يتميز مستشعر الأنبوب المائي الدائري بأداء أحادي الاتجاه واسع النطاق. باعتباره عنصرًا في مصفوفة الاستقبال، فهو يتمتع بالقدرة على التمييز بين الميمنة والميمنة.

 

4 الاستنتاج

في هذا البحث تم تصميم أنبوب دائري أحادي الإتجاه. باستخدام مبدأ التوليف الاتجاهي أحادي القطب وثنائي القطب، يتم تنفيذ تعويض الطور وتضخيم السعة على ثنائي القطب، ويمكن الحصول على أحادية الاتجاه في نطاق التردد من 4 كيلو هرتز إلى 12 كيلو هرتز. وأخيرا، يجتاز الاختبار. تم التحقق من إمكانية وجود هذا النوع من الهيدروفونات، ولها آفاق عملية معينة. والخطوة التالية هي تحسين إنتاج الأنبوب ثنائي القطب، وتحسين حساسية الهيدروفون، وتوسيع نطاق تردد العمل.