Yksisuuntainen pyöreä hydrofonianturi

                                

Johdanto

 

Pyöreä hydrofoni on yleisesti käytetty hydrofonityyppi, jota käytetään yleensä matalilla taajuuksilla. Sillä on tasainen taajuusvaste, pieni koko, alhainen kiihtyvyysherkkyys, suuntaamattomuus ja hyvä johdonmukaisuus. Yksisuuntainen Tässä artikkelissa esitelty pyöreä hydrofonianturi on valmistettu dipolikeraamisesta putkesta ja monopolikeraamisesta putkesta. Dipolin vastaanottama signaali vaihesiirretään ja vahvistetaan, minkä jälkeen signaali vastaanotetaan monopolisyntetisoinnilla sydämen muotoisen suuntaavuuden muodostamiseksi. Yksisuuntainen pyöreä hydrofoni on pienikokoinen ja kevyt. Suuren vastaanottoryhmän pietsoelementtinä se voi vähentää tehokkaasti ryhmän painoa. Varsinkin konformisessa ryhmässä käytettynä se voi toimia virtuaalisena äänenvaimentimena ja toteuttaa tunnistuksen. Satama ja satama erotetaan toisistaan.

 

1 Teoreettinen analyysi

Yksisuuntaisen pyöreän hydrofonin kaaviokuva on esitetty kuvassa 1. Voidaan nähdä, että yksisuuntainen pyöreä putkihydrofoni käyttää dipolin luonnollista suuntaavuutta ja monopolin ympärisuuntaista suuntaavuutta kardioidisuuntaisuuden syntetisoimiseksi.

 

Matalataajuuskaistalla samankokoisen pietsokeraamisen putken monopolivärähtelytilan ja dipolivärähtelytilan välinen vaihe-ero on 90°, joten dipolipietsokeraaminen putki voidaan kompensoida 90° vaiheella. Samaan aikaan vastaanotetun signaalin suuruudessa on eroa näiden kahden välillä, joten dipolin amplitudia tulee vahvistaa niin, että 180°:n suunnassa tulevat ääniaallot kumoavat toisensa ja hydrofonin suuntaavuus on sydämen muotoinen.

 

2 Äärillisten elementtien simulointi yksisuuntainen hydrofoni

Käytä ANSYS:n elementtisimulaatioohjelmistoa hydrofonimallin rakentamiseen. Kuten kuvasta 2 näkyy, sininen on dipoli, punainen on monopoli ja vaaleanpunainen on vesialue. Symmetristen rajojen käyttö voi yksinkertaistaa mallia, ja tarvitsee vain rakentaa 1/2 mallista. Pietsosähköinen keraaminen materiaali on PZT-5, koko on φ20mm × φ18mm × 10mm, sen resonanssitaajuus on 48kHz.

Teoreettisen analyysin mukaan lasketaan ensin monopoli- ja dipolivastaanottosignaalien vaihe ja vastaanottoherkkyys, ja tulokset näkyvät kuvassa 3 ja kuvassa 4. Näkee, että matalataajuuskaistalla monopoli- ja dipolisäteilyn vaihe-ero on noin 90°, vaihteluilla 2,5°. Herkkyyseron muutoskäyrä . Viivan vähimmäiskaltevuus on noin 6 kHz. Tämän mukaan keskitaajuus voidaan asettaa noin 6 kHz:iin, dipolin vaihesiirto on 90 astetta ja amplitudikompensointi 10-kertainen.

Yllä lasketun vaihesiirron ja amplitudikompensoinnin mukaan yksisuuntainen pyöreä putki simuloidaan ja lasketaan, ja suuntauskaavio on esitetty kuvassa 5. Hydrofonin sydämen muotoinen suuntaavuus on paras 6kHz:llä. Alueella 4kHz ~ 12kHz, ero säteilyssä ennen ja jälkeen hydrofonin Yli 10dB voidaan katsoa, ​​että hydrofonilla on yksisuuntaisuus ja se pystyy erottamaan etu- ja takaosan.

3 Yksisuuntaisen pyöreän putken hydrofonin valmistus ja testaus

Simulaatiolaskennan tulosten mukaan todellinen kuva yksisuuntaisesta pyöreästä putkihydrofonista on esitetty kohdassa 6.

Mittaa kaiuttomassa poolissa, käytä tiedonkeruukorttia ja käsittele saadut tiedot Matlabilla simulaatiolla saadun vaihesiirron ja amplitudikompensoinnin mukaan. Saatu suuntakaavio on esitetty kohdassa 7.

Yksisuuntaisen pyöreän putken mitattu 4kHz~12kHz suuntakuvaajadata on periaatteessa simulaation mukainen, mutta etu- ja takasäteilyero on hieman pienempi kuin simulaation tulos, mikä johtuu suuren ja pienen dipolin kahdeksansuuntaisuudesta. Tämä testi varmistaa, että yksisuuntainen pyöreäputkihydrofonianturilla on laajakaistainen yksisuuntainen suorituskyky. Vastaanottavana ryhmäelementtinä se pystyy erottamaan oikean ja oikean.

 

4 Johtopäätös

Tässä paperissa on suunniteltu yksisuuntainen pyöreä putki. Monopoli- ja dipolisuuntaisuussynteesin periaatetta käyttäen dipolille suoritetaan vaihekompensointi ja amplitudivahvistus, jolloin voidaan saada yksisuuntaisuus taajuuskaistalla 4kHz~12kHz. Lopulta se läpäisee testin. Tällaisen hydrofonin mahdollisuus on todistettu, ja sillä on tietty käytännön näkymä. Seuraava askel on parantaa dipoliputken tuotantoa, optimoida hydrofonin herkkyys ja laajentaa työtaajuuskaistaa.