Envejs cirkulær hydrofonsensor

                                

Indledning

 

Den cirkulære hydrofon er en almindeligt anvendt type hydrofon, som generelt bruges i lavfrekvensbånd. Det har karakteristika af flad frekvensrespons, lille størrelse, lav accelerationsfølsomhed, ikke-direktivitet og god konsistens. Den ensrettede cirkulær hydrofonsensor introduceret i denne artikel er lavet af et dipol keramisk rør og et monopol keramisk rør. Signalet modtaget af dipolen faseforskydes og forstærkes, og derefter modtages signalet med monopolen syntetiseres for at danne en hjerteformet retningsbestemmelse. Den ensrettede cirkulære hydrofon er lille i størrelse og let i vægt. Som piezo-elementet i et stort modtagende array kan det effektivt reducere vægten af ​​arrayet. Især når det bruges i et konformt array, kan det fungere som en virtuel lydskærm og realisere detektion. Havnen og havnen skelnes.

 

1 Teoretisk analyse

Det skematiske diagram af den ensrettede cirkulære hydrofon er vist i figur 1. Det kan ses, at den ensrettede cirkulære rørhydrofon bruger dipolens naturlige retningsbestemmelse og monopolens omnidirektionelle retning til at syntetisere kardioidedirektiviteten.

 

I lavfrekvensbåndet er faseforskellen mellem monopolvibrationstilstanden og dipolvibrationstilstanden for det piezokeramiske rør af samme størrelse 90°, så det dipole piezokeramiske rør kan kompenseres for 90° fase. Samtidig er der forskel på størrelsen af ​​det modtagne signal mellem de to, så dipolens amplitude bør forstærkes, så de indfaldende lydbølger i 180°-retningen ophæver hinanden, og hydrofonens retningsbestemmelse er hjerteformet.

 

2 Finite element simulering af ensrettet hydrofon

Brug ANSYS finite element simuleringssoftware til at bygge en hydrofonmodel. Som vist i figur 2 er den blå en dipol, den rød er en monopol, og den lyserøde er et vandområde. Brugen af ​​symmetriske grænser kan forenkle modellen, og behøver kun at bygge 1/2 model. Det piezoelektriske keramiske materiale er PZT-5, størrelsen erφ20mm×φ18mm×10mm, dets resonansfrekvens er på 48kHz.

I henhold til den teoretiske analyse skal man først beregne fasen og modtagefølsomheden for henholdsvis monopol- og dipol-modtagesignalerne, og resultaterne er vist i figur 3 og figur 4. Det kan ses, at i lavfrekvensbåndet er faseforskellen mellem monopol- og dipol-stråling omkring 90° på, med 2,5° udsving. Ændringskurve for følsomhedsforskel. Linjen har en minimumshældning omkring 6kHz. Ifølge dette kan centerdriftsfrekvensen indstilles omkring 6kHz, dipolfaseforskydningen er 90 grader, og amplitudekompensationen er 10 gange.

I henhold til faseforskydningen og amplitudekompensationen beregnet ovenfor, simuleres og beregnes det ensrettede cirkulære rør, og retningsdiagrammet er vist i figur 5. Det kan ses, at hydrofonen har den bedste hjerteformede retning ved 6kHz. I området 4kHz~12kHz, forskellen i stråling før og efter hydrofonen Over 10dB, kan det anses for, at hydrofonen har ensrettethed og kan skelne for- og bagside.

3 Fremstilling og test af ensrettet cirkulært rør hydrofon

Ifølge resultaterne af simuleringsberegningen er det faktiske billede af en ensrettet cirkulær rørhydrofon vist i 6.

Mål i den ekkofri pulje, brug indsamlingstavlen til dataindsamling, og brug Matlab til at behandle de opnåede data i henhold til faseforskydningen og amplitudekompensationen opnået ved simuleringen. Det opnåede retningsdiagram er vist i 7.

De målte 4kHz~12kHz retningsbestemte grafdata for det ensrettede cirkulære rør er grundlæggende i overensstemmelse med simuleringen, men den forreste og bageste strålingsforskel er lidt mindre end simuleringsresultatet, hvilket er forårsaget af den store og lille dipol-tal-otte-direktivitet. Denne test verificerer, at den ensrettede cirkulært rør hydrofonsensor har bredbånds ensrettet ydeevne. Som et modtagende array-element har det evnen til at skelne mellem styrbord og styrbord.

 

4 Konklusion

I dette papir er et ensrettet cirkulært rør designet. Ved at bruge princippet om monopol- og dipol-direktivitetssyntese udføres fasekompensation og amplitudeforstærkning på dipolen, og ensrettethed i frekvensbåndet på 4kHz~12kHz kan opnås. Endelig består den testen. Muligheden for denne type hydrofon er verificeret, og den har en vis praktisk udsigt. Det næste trin er at forbedre produktionen af ​​dipolrøret, optimere hydrofonens følsomhed og udvide arbejdsfrekvensbåndet.