Аднанакіраваны круглы гідрафонны датчык

                                

Уводзіны

 

Кругавы гідрафон - гэта шырока выкарыстоўваны тып гідрафона, які звычайна выкарыстоўваецца ў дыяпазонах нізкіх частот. Ён мае характарыстыкі роўнай частотнай характарыстыкі, невялікі памер, нізкую адчувальнасць да паскарэння, ненакіраванасць і добрую паслядоўнасць. Аднанакіраваны круглы гідрафонны датчык, прадстаўлены ў гэтым артыкуле, складаецца з дыпольнай керамічнай трубкі і монопольнай керамічнай трубкі. Сігнал, атрыманы дыполем, зрушваецца па фазе і ўзмацняецца, а затым сігнал прымаецца з сінтэзам манаполя для фарміравання накіраванасці ў форме сэрца. Аднанакіраваны кругавой гідрафон мае невялікія памеры і невялікую вагу. Як п'езаэлемент вялікай прыёмнай рашоткі, ён можа эфектыўна паменшыць вагу рашоткі. Асабліва калі ён выкарыстоўваецца ў канфармным масіве, ён можа функцыянаваць як віртуальны гукавы дэфлектор і рэалізаваць выяўленне. Адрозніваюць порт і порт.

 

1 Тэарэтычны аналіз

Прынцыповая схема аднанакіраванага круглага гідрафона паказана на малюнку 1. Відаць, што аднанакіраваны гідрафон з круглай трубкай выкарыстоўвае натуральную накіраванасць дыполя і ўсенакіраваную накіраванасць манаполя для сінтэзу кардыёіднай накіраванасці.

 

У дыяпазоне нізкіх частот розніца фаз паміж монапольным рэжымам вібрацыі і дыпольным рэжымам вібрацыі п'езакерамічнай трубкі таго ж памеру складае 90°, таму дыпольная п'езакерамічная трубка можа быць кампенсавана за фазу 90°. У той жа час паміж імі існуе розніца ў велічыні атрыманага сігналу, таму амплітуда дыполя павінна быць узмоцнена так, каб падаючыя гукавыя хвалі ў напрамку 180° кампенсавалі адна адну, а накіраванасць гідрафона мела форму сэрца.

 

2 Мадэляванне канечнымі элементамі аднанакіраваны гідрафон

Для стварэння мадэлі гідрафона выкарыстоўвайце праграмнае забеспячэнне для мадэлявання метадам канечных элементаў ANSYS. Як паказана на малюнку 2, сіні - гэта дыполь, чырвоны - манаполь, а ружовы - акваторыя. Выкарыстанне сіметрычных межаў можа спрасціць мадэль, і спатрэбіцца пабудаваць толькі 1/2 мадэлі. П'езаэлектрычны керамічны матэрыял PZT-5, памер φ20 мм × φ18 мм × 10 мм, яго рэзанансная частата складае 48 кГц.

Згодна з тэарэтычным аналізам, спачатку вылічыце фазу і адчувальнасць прыёму манапольнага і дыпольнага прыёмных сігналаў адпаведна, а вынікі паказаны на малюнках 3 і 4. Відаць, што ў дыяпазоне нізкіх частот рознасць фаз паміж манапольным і дыпольным выпраменьваннямі складае каля 90° з ваганнямі 2,5°. Крывая змены рознасці адчувальнасці. Лінія мае мінімальны нахіл каля 6 кГц. У адпаведнасці з гэтым, цэнтральная рабочая частата можа быць устаноўлена каля 6 кГц, фазавы зрух дыполя - 90 градусаў, а кампенсацыя амплітуды - у 10 разоў.

У адпаведнасці са зрухам фазы і кампенсацыяй амплітуды, разлічанымі вышэй, мадэлюецца і разлічваецца аднанакіраваная круглая трубка, а дыяграма накіраванасці паказана на малюнку 5. Відаць, што гідрафон мае найлепшую накіраванасць у форме сэрца на частаце 6 кГц. У дыяпазоне 4 кГц ~ 12 кГц розніца ў выпраменьванні да і пасля гідрафона Больш за 10 дБ можна лічыць, што гідрафон мае аднанакіраванасць і можа адрозніваць пярэднюю і заднюю частку.

3 Выраб і выпрабаванне аднанакіраванага гідрафона з круглай трубкай

Згодна з вынікамі мадэлявання разлікаў, фактычны малюнак аднанакіраванага гідрафона з круглай трубкай паказаны на малюнку 6.

Вымярайце ў безэхавой зоне, выкарыстоўвайце плату збору для збору даных і выкарыстоўвайце Matlab для апрацоўкі атрыманых даных у адпаведнасці з фазавым зрухам і кампенсацыяй амплітуды, атрыманымі ў выніку мадэлявання. Атрыманая дыяграма накіраванасці паказана на 7.

Вымераныя даныя графіка накіраванасці 4 кГц ~ 12 кГц аднанакіраванай круглай трубкі ў асноўным адпавядаюць мадэляванню, але розніца пярэдняга і задняга выпраменьвання крыху меншая, чым вынік мадэлявання, што выклікана вялікай і малой накіраванасцю дыполяў у выглядзе васьмёркі. Гэты тэст правярае аднанакіраванасць Датчык гідрафона з круглай трубкай мае шырокапалосны аднанакіраваны характар. Як прыёмны элемент масіва, ён мае магчымасць адрозніваць правы і правы борт.

 

4 Заключэнне

У гэтай працы распрацавана аднанакіраваная круглая труба. Выкарыстоўваючы прынцып сінтэзу накіраванасці манаполя і дыполя, кампенсацыя фазы і ўзмацненне амплітуды выконваюцца на дыполі, і можна атрымаць аднанакіраванасць у дыяпазоне частот 4 кГц ~ 12 кГц. Нарэшце, ён праходзіць выпрабаванне. Магчымасць такога гідрафона праверана, і ён мае пэўную практычную перспектыву. Наступны крок - удасканаленне вытворчасці дыпольнай трубкі, аптымізацыя адчувальнасці гідрафона і пашырэнне рабочай паласы частот.