पानी के भीतर ध्वनिक ट्रांसड्यूसर पर आधारित ड्राइविंग और रिसीविंग सर्किट का डिज़ाइन

सैन्य पनडुब्बी संचार और नागरिक पानी के नीचे संचार की जरूरतों से शुरू करते हुए, एक एकल-दिशात्मक प्लानर 150 किलोहर्ट्ज़ की अनुनाद आवृत्ति के साथ पानी के नीचे हाइड्रोकॉस्टिक ट्रांसड्यूसर का निर्माण किया गया था, और ट्रांसड्यूसर के ट्रांसमीटर और रिसीवर ड्राइव सर्किट को पॉइंट-टू-पॉइंट संचार के सिद्धांत के आधार पर डिजाइन किया गया था। पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर को पानी के क्षेत्र में रखा जाता है और लंबी दूरी के पानी के नीचे संचार फ़ंक्शन को साकार करने के लिए सर्किट से जोड़ा जाता है। सर्किट का परीक्षण स्व-डिज़ाइन किए गए प्रायोगिक प्लेटफ़ॉर्म पर किया गया था। परीक्षण के नतीजे बताते हैं कि निर्मित ट्रांसड्यूसर में उच्च उत्सर्जन वोल्टेज प्रतिक्रिया और संवेदनशीलता, एकल प्रत्यक्षता है, और पानी के नीचे ध्वनिक संचार सर्किट में समायोज्य आवृत्ति है, और संचार स्पष्ट और स्थिर है। पानी के नीचे ध्वनिक संचार सर्किट का उपयोग सैन्य और नागरिक संचार के लिए किया जा सकता है, और इसे स्थानांतरित करना और ले जाना आसान है, और डीबग करना आसान है। समुद्री जल द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों, प्रकाश तरंगों और अन्य ऊर्जा रूपों के अवशोषण और गहरे समुद्र में 'अभिसरण क्षेत्रों' के अस्तित्व के कारण, ध्वनि तरंगें वर्तमान में एकमात्र ज्ञात ऊर्जा रूप हैं जो पानी के नीचे लंबी दूरी पर वायरलेस तरीके से सिग्नल संचारित कर सकती हैं। 20 kHz से अधिक कंपन आवृत्ति वाली ध्वनि तरंगों को अल्ट्रासोनिक तरंगें कहा जाता है। सामान्य ध्वनि तरंगों की तुलना में, अल्ट्रासोनिक तरंगों में बेहतर दिशा, मजबूत मर्मज्ञ शक्ति और बेहतर प्रतिबिंब प्रदर्शन होता है। इसलिए, उनका व्यापक रूप से सूचना प्रसारण, क्षति का पता लगाने, दूरी परीक्षण और चिकित्सा और स्वास्थ्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। लेकिन प्रसार की प्रक्रिया में, जल चैनल में ध्वनि तरंग की ऊर्जा हानि आवृत्ति में वृद्धि के साथ बढ़ती है, जिससे जल चैनल की उपलब्ध बैंडविड्थ संकीर्ण होती है और सूचना क्षमता छोटी होती है। इसलिए, ट्रांसमिटिंग और रिसीविंग ड्राइव सर्किट का प्रदर्शन पानी के भीतर ध्वनिक संचार की गुणवत्ता में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। पिछली शताब्दी में, यूएस हैरिस ध्वनिक उत्पाद कंपनी, फ्रांस और यूनाइटेड किंगडम ने पानी के नीचे जहाज संचार के लिए उपयुक्त हाइड्रोकॉस्टिक संचारक विकसित किए। उन्होंने सिंगल-साइडबैंड मॉड्यूलेशन का उपयोग किया और सिग्नल ट्रांसमिशन और रिसेप्शन के लिए 'विंडो' के रूप में बड़ी मात्रा वाले हाइड्रोफोन का उपयोग किया। , पानी के नीचे संचार की एक निश्चित दूरी हासिल करने के लिए, लेकिन उपकरण जटिल है, ट्रांसड्यूसर बड़ा है और दिशा पर्याप्त तेज नहीं है, नागरिक उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं है; लिनक्स सिग्नल प्रोसेसिंग सॉफ्टवेयर पर आधारित एक एनालॉग संचार प्रणाली में इकट्ठे, चैनल सिम्युलेटर पर लंबी दूरी के संचार का एहसास होता है, लेकिन आदर्श डिजाइन चैनल वास्तविक जल चैनल से अलग होता है; दूसरों ने समानांतर संयुक्त मैपिंग अनुक्रम प्रसार स्पेक्ट्रम के आधार पर एक पानी के नीचे संचार प्रणाली का निर्माण किया है, जिसमें सूचना प्रसंस्करण मॉड्यूल के रूप में डीएसपी चिप का उपयोग किया गया है, इस प्रकार प्लेटफार्मों के बीच पानी के नीचे छुपा, उच्च गति से जानकारी का प्रसारण किया जा रहा है। हालाँकि, 555 टाइमर का उपयोग पारंपरिक रूप से ट्रांसड्यूसर के ड्राइव सर्किट को चलाने के लिए एक विशिष्ट कंपन आवृत्ति के साथ वाहक तरंग उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, और उत्पन्न तरंग आवृत्ति स्थिरता अपेक्षाकृत खराब होती है; और हाल ही में उभरती डीएसपी चिप प्रसंस्करण तकनीक में जटिल एल्गोरिदम हैं और इसे विभिन्न जल के लिए लागू करने की आवश्यकता है। जटिल गणना संशोधन और मुआवजा नागरिक क्षेत्र में बड़े पैमाने पर पदोन्नति के लिए उपयुक्त नहीं हैं। इसके अलावा, विकसित किए गए संचार सर्किट सिग्नल ट्रांसीवर उपकरणों में उपयोग की जाने वाली जांचें पर्याप्त तेज नहीं हैं, शक्ति केंद्रित नहीं है, और बैंडविड्थ अपेक्षाकृत संकीर्ण है, जो सिग्नल ट्रांसमिशन और रिसेप्शन के लिए अनुकूल नहीं है। हालाँकि, अधिकांश अल्ट्रासोनिक ट्रांसीवर जल चैनल संचालन के लिए उपयुक्त नहीं हैं और वास्तविक नागरिक और सैन्य जरूरतों को पूरा नहीं कर सकते हैं।

 

1) छोटी मात्रा पर आधारित यूनिडायरेक्शनल अंडरवॉटर ध्वनिक ट्रांसड्यूसर , यह पेपर पानी के नीचे संचार के लिए उपयुक्त ट्रांसमिटिंग और रिसीविंग ड्राइव सर्किट विकसित करने के लिए डबल-साइडबैंड मॉड्यूलेशन और सुसंगत डिमोड्यूलेशन विधियों का उपयोग करता है। पानी के नीचे ध्वनिक संचार सर्किट में उच्च आवृत्ति बैंड उपयोग और आवृत्ति समायोज्य है, जो 0 kHz ~ 12 के लिए उपयुक्त है। 5 मेगाहर्ट्ज आवृत्ति रेंज ट्रांसड्यूसर की संचार दूरी 100 मीटर तक है। ट्रांसमिटिंग और ड्राइविंग सर्किट, रिसीविंग और ड्राइविंग सर्किट, और सर्किट में ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर और हाइड्रोफोन मिलकर हाइड्रोकॉस्टिक संचार प्रणाली का एक सेट बनाते हैं। सिस्टम सिग्नल एक्सचेंज के लिए ट्रांसमीटर और हाइड्रोफोन को 'विंडो' के रूप में उपयोग करता है, वाहक सिग्नल स्रोत के रूप में STM32F103RCT6 और AD9833 का उपयोग करता है, और अंततः स्थिर और स्पष्ट संचार प्राप्त करने के लिए प्रासंगिक मॉडेम घटकों को जोड़ता है।

 

1 ट्रांसड्यूसर उत्पादन

 

1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री एक ऐसी सामग्री को संदर्भित करती है जो त्रि-आयामी कनेक्टेड पॉलिमर में समानांतर में व्यवस्थित एक-आयामी कनेक्टेड पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक कॉलम द्वारा बनाई जाती है। शुद्ध सिरेमिक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री 1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री की तुलना में, क्षति का पता लगाने और ट्रांसड्यूसर प्राप्त करने और संचारित करने के उत्पादन में इसका बेहतर प्रभाव पड़ता है। इसलिए, इस प्रणाली का ध्वनिक तरंग ट्रांसीवर मॉड्यूल प्रयोगशाला में विकसित 1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्रियों से बने एक प्लेनर अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को अपनाता है, जो 1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित प्लेनर संवेदनशील तत्व, एक जलरोधी ध्वनि-पारगम्य परत, एक इलेक्ट्रोड लीड और उच्च गुणवत्ता वाले फोम और धातु कवर से बना एक कठोर बना होता है। ट्रांसड्यूसर बनाने से पहले, मॉडल आर्किटेक्चर और सिमुलेशन गणना के लिए ANSYS परिमित तत्व सिमुलेशन सॉफ्टवेयर का उपयोग करना आवश्यक है।

 

1-3 पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट सेंसर का सिमुलेशन

 

ANSYS परिमित तत्व सिमुलेशन सॉफ्टवेयर में, पहले इकाई प्रकार, घनत्व, पॉइसन अनुपात और एपॉक्सी राल के यंग मापांक को सेट करें, और पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के घनत्व, कठोरता मैट्रिक्स, ढांकता हुआ निरंतर मैट्रिक्स और पीजोइलेक्ट्रिक मैट्रिक्स सेट करें। दूसरे, 1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री मॉडल की संरचना निर्धारित करें: 100 मिमी की लंबाई, 100 मिमी की चौड़ाई और 10 मिमी की मोटाई वाला एक विमान, जिसमें बहुलक चरण की चौड़ाई 0. 28 मिमी है, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक कॉलम की चौड़ाई 1. 44 मिमी है, ऊंचाई 10 मिमी है। इस प्रकार, मिश्रित सामग्री में PZT पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक छोटे स्तंभ का आयतन अंश 51.84% है। चूंकि 1-3 मिश्रित सामग्री के मॉडल में दो चरण वाली सामग्री होती है, इसलिए सिमुलेशन गणना करते समय गणना राशि बड़ी होती है। गणना राशि को कम करने के लिए, सिमुलेशन गणना के लिए 1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री की एक इकाई का चयन किया जाता है। 1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री मॉडल का संरचना आरेख और पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक कॉलम का त्रि-आयामी आरेख इस प्रकार है:

1-3 प्रकार के पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री तत्वों को जालीदार किया जाता है, और समरूपता सीमा की स्थिति को तत्व के Z अक्ष (लंबाई) के चारों ओर की सीमा में जोड़ा जाता है, और 1 V वोल्टेज को Z अक्ष की सकारात्मक दिशा में पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की ऊपरी सतह पर जोड़ा जाता है, Z = 0 निचली सतह पर 0 V का वोल्टेज जोड़ें। आवृत्ति विश्लेषण प्रकार सेट करें और आवृत्ति विश्लेषण रेंज (50 ~ 250 kHz) और चरणों की संख्या का चयन करें), और फिर हल करें और प्रक्रिया के बाद, प्राप्त प्रवेश आरेख चित्र 2 में दिखाया गया है। चित्र 2 से यह देखा जा सकता है कि ट्रांसड्यूसर आवृत्ति आवश्यकताओं को पूरा करता है, और संवेदनशील घटकों को निर्धारित मापदंडों के अनुसार बनाया जा सकता है।

 

1-3 प्रकार का पीजोइलेक्ट्रिक कम्पोजिट सेंसर 100 मिमी की लंबाई, 100 मिमी की चौड़ाई और 10 मिमी की मोटाई के साथ पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ब्लॉक से बना है। मॉडल डिज़ाइन के अनुसार लंबाई और चौड़ाई की दिशाओं में काटें, और फिर एपॉक्सी राल 618 इंजेक्ट करें। 24 घंटे तक खड़े रहने के बाद, 1-3 प्रकार बनाने के लिए मोटाई की दिशा में अतिरिक्त एपॉक्सी राल को पॉलिश करने के लिए रिवर्स साइड पर समान कटिंग करें। पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री। मिश्रित सामग्री की सतह को साफ करने के लिए अल्कोहल का उपयोग करें, और एपॉक्सी राल को पॉलिश करके नष्ट हुए इलेक्ट्रोड की भरपाई के लिए चांदी का पेस्ट लगाएं, और अंत में 1-3 पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री को संवेदनशील तत्व बनाएं। संवेदनशील घटकों का परीक्षण करने के लिए एगिलेंट 4294ए प्रतिबाधा विश्लेषक का उपयोग करें। परीक्षण के परिणाम बताते हैं कि 1-3 प्रकार के पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री सेंसर की बैंडविड्थ 1 है जब गुंजयमान आवृत्ति 151 किलोहर्ट्ज़ है। 71 किलोहर्ट्ज़, ध्वनिक प्रतिबाधा 17. 47 Pa·s/m3 है, चालकता मान 104. 6 mS है, इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक 0. 68 है। यांत्रिक गुणवत्ता कारक 88 है। 18. संवेदनशील सामग्री का परीक्षण परिणाम अच्छा है।

 

1.3 उच्च-आवृत्ति यूनिडायरेक्शनल प्लेनर का निर्माण पानी के नीचे हाइड्रो-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर पॉलीयूरेथेन में ग्रेफाइट जोड़ें जिसका मुख्य घटक एपॉक्सी राल है और आवश्यक जलरोधक ध्वनि-पारगम्य परत बनाने के लिए हिलाएं, और डालने और सील करने के लिए ट्रांसड्यूसर के आकार के अनुसार मोल्ड बनाएं, और अंत में एक उच्च आवृत्ति यूनिडायरेक्शनल प्लानर अंडरवाटर ध्वनिक ट्रांसड्यूसर बनाया।

 

1. 4 ट्रांसड्यूसर प्रदर्शन परीक्षण

ट्रांसड्यूसर के प्रदर्शन का परीक्षण करने में मुख्य रूप से इसके ट्रांसमिशन वोल्टेज प्रतिक्रिया को मापना, संवेदनशीलता और प्रत्यक्षता प्रदर्शन प्राप्त करना शामिल है। ट्रांसड्यूसर की दिशा को मापने का उपयोग आमतौर पर इसकी दिशात्मकता पैटर्न को खींचने के लिए किया जाता है। माप के दौरान, ट्रांसड्यूसर की भेजने वाली प्रतिक्रिया या अज़ीमुथ कोण के साथ संवेदनशीलता प्राप्त करने को मापने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए परीक्षण के तहत ट्रांसड्यूसर को घुमाया जाता है, और फिर रूपांतरण के बाद ट्रांसड्यूसर का दिशात्मक पैटर्न प्राप्त किया जाता है।

 

2 सर्किट डिजाइन

 

पॉइंट-टू-पॉइंट संचार पद्धति और बिजली उपयोग दर को ध्यान में रखते हुए, यह लेख डबल-साइडबैंड (डीएसबी) सिग्नल मॉड्यूलेशन और सुसंगत डिमोड्यूलेशन को अपनाता है। मॉड्यूलेशन सिद्धांत समीकरण (1) में दिखाया गया है: यूडीएसबी = कूक (टी) यूΩ (टी) (1) डिमोड्यूलेशन सिद्धांत समीकरण (2) में दिखाया गया है: यूसी (टी) = यूडीएसबी (टी) यूΩ (टी) (2) जहां: यूडीएसबी मॉड्यूलेटेड सिग्नल है; यूसी (टी) संग्राहक संकेत है; uΩ (t) वाहक संकेत है। डीएसबी मॉड्यूलेशन सर्किट का आवश्यक कार्य एक गुणक है, जो बेसबैंड सिग्नल द्वारा की गई जानकारी को स्थानांतरित करने के लिए वाहक सिग्नल का उपयोग करता है। डिमॉड्यूलेशन के दौरान, मॉड्यूलेटेड सिग्नल को समान आवृत्ति और चरण के वाहक द्वारा गुणा किया जाता है, और फिर मूल सिग्नल प्राप्त करने के लिए बैंड-पास फ़िल्टर से गुजारा जाता है। सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए आवश्यक ऊर्जा रूपांतरण उपकरण इस लेख में बने प्लानर अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को अपनाता है। ट्रांसमिटिंग और रिसीविंग ड्राइव सर्किट सिस्टम का सिद्धांत दिखाया गया है।

 

2. 1 सर्किट मॉड्यूल

STM32F103RC सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर Cortex-M3 कोर का उपयोग करता है, और इसकी अधिकतम CPU गति 72 MHz है। 51 और 52 मॉडल सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर की तुलना में, निर्देश निष्पादन की गति तेज है, वॉल्यूम छोटा है, और एकीकरण आसान है। AD9833 एक कम बिजली की खपत है,

प्रोग्राम करने योग्य सिग्नल जेनरेशन मॉड्यूल, जिसे एक निश्चित आवृत्ति रेंज में साइन, स्क्वायर और त्रिकोण तरंगें उत्पन्न करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। इस पर FSYNC पोर्ट इनपुट लेवल ट्रिगर पोर्ट है, जो फ्रेम सिंक्रोनाइज़ेशन और सिग्नल को सक्षम करने का काम करता है। जब FSYNC कम हो, तो डेटा स्थानांतरित किया जा सकता है। इसके अलावा, AD9833 में 16-बिट नियंत्रण रजिस्टर है। नियंत्रण रजिस्टर को प्रोग्रामिंग करके, AD9833 उपयोगकर्ता द्वारा आवश्यक स्थिति में काम कर सकता है। AD9833 सिग्नल जेनरेशन मॉड्यूल को नियंत्रित करने के लिए STM32F103RC मॉडल सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर का उपयोग करने से कम साइन वेव विरूपण पैदा होता है। सर्किट TPS5430 स्विचिंग पावर सप्लाई मॉड्यूल द्वारा संचालित होता है, जो सिग्नल ट्रांसमिशन की विकृति और देरी से बचते हुए स्थिर 5 V और 12 V वोल्टेज प्रदान कर सकता है।

 

जब बाहरी ऑडियो सिग्नल ड्राइव सर्किट में प्रवेश करता है, तो इसे मल्टीप्लायर AD835 मॉड्यूल (डबल-साइडबैंड मॉड्यूलेशन चरण) में वाहक पीढ़ी मॉड्यूल द्वारा उत्पन्न 150 kHz साइन तरंग से गुणा किया जाता है, और फिर बैंड-पास फ़िल्टर मल्टीप्लायर आउटपुट सिग्नल के शोर के हिस्से को फ़िल्टर करता है। उत्पन्न सिग्नल को पावर एम्पलीफायर द्वारा प्रवर्धित किया जाता है और फिर ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर से जोड़ा जाता है, और अंत में ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर सिग्नल को पानी में भेजता है। डबल-साइडबैंड मॉड्यूलेशन मल्टीप्लेक्सिंग प्राप्त करने और चैनल उपयोग में सुधार करने के लिए बेसबैंड सिग्नल को वाहक आवृत्ति पर ले जा सकता है; दूसरे, यह सिग्नल बैंडविड्थ का विस्तार करता है, सिस्टम की हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता में सुधार करता है और सिग्नल-टू-शोर अनुपात में सुधार करता है। इस ड्राइविंग सर्किट में, पावर एम्पलीफायर ट्रांसड्यूसर को काम करने के लिए सिग्नल को बढ़ाता है। बाहरी ऑडियो सिग्नल मोबाइल फोन जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के ईयरफोन जैक द्वारा संचालित संगीत हो सकता है, या माइक्रोफोन मॉड्यूल के माध्यम से बाहरी ध्वनि द्वारा परिवर्तित और संचालित सिग्नल हो सकता है।

 

2. 3 रिसीविंग और ड्राइविंग सर्किट

ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर द्वारा ध्वनि तरंग सिग्नल को जल चैनल में प्रसारित करने के बाद, जल चैनल में सिग्नल प्राप्त करने और मूल मॉड्यूलेटेड सिग्नल को पुनर्स्थापित करने के लिए संबंधित प्राप्त ड्राइव सर्किट की आवश्यकता होती है। इस आलेख में डिज़ाइन किए गए रिसीविंग ड्राइव सर्किट का कार्य सिद्धांत। प्राप्त करने वाले ड्राइव सर्किट को चैनल में सिग्नल प्राप्त होने के बाद, इसे उच्च-आवृत्ति तार के माध्यम से हाई-पास फिल्टर में भेज दिया जाता है, और सर्किट द्वारा उत्पन्न और चैनल में मिश्रित शोर को हटा दिया जाता है। फिर इस सिग्नल और 150 kHz साइन तरंग को गुणक AD835 मॉड्यूल में गुणा किया जाता है। मल्टीप्लायर ऑपरेशन का आउटपुट समाक्षीय उच्च-आवृत्ति केबल के माध्यम से बैंड-पास फिल्टर तक प्रेषित होता है, और आवश्यक आवृत्ति रेंज में सिग्नल का चयन किया जाता है (सुसंगत डिमॉड्यूलेशन चरण)। अंत में, पावर एम्पलीफायर मॉड्यूल TDA2030A का उपयोग स्पीकर मॉड्यूल को चलाने के लिए किया जाता है, और डिमोड्युलेटेड सिग्नल ऑडियो के रूप में चलाया जाता है। इस प्रणाली में, ट्रांसमिटिंग ड्राइव सर्किट और रिसीविंग ड्राइव सर्किट दोनों को प्रत्येक मॉड्यूल के वोल्टेज के स्थिर और स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए वोल्टेज स्टेबलाइजिंग मॉड्यूल TPS5430 का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, और फिल्टर सभी चौथे क्रम के सक्रिय फिल्टर हैं। मॉड्यूलेशन और डिमोड्यूलेशन प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली वाहक तरंगें सभी एक ही आवृत्ति की होती हैं, जो STM32F103RC माइक्रोकंट्रोलर द्वारा प्रोग्राम किए जाने के बाद सक्रिय AD9833 मॉड्यूल द्वारा उत्पन्न होती हैं।

 

3 प्रायोगिक सत्यापन

3. 1 जलध्वनिक संचार सत्यापन

इस प्रणाली के कार्य को सत्यापित करने के लिए, लगभग 100 मीटर की त्रिज्या वाली एक झील में पानी के नीचे ध्वनिक संचार परीक्षण किया गया था। ट्रांसमीटर ट्रांसड्यूसर और रिसीवर ट्रांसड्यूसर को ट्रांसमिट करें

रिसीवर्स को क्रमशः झील के दोनों किनारों पर व्यास दिशा में रखा जाता है, जो क्रमशः ट्रांसमिटिंग ड्राइव सर्किट और रिसीविंग ड्राइव सर्किट से जुड़े होते हैं। चूंकि मानव आवाज की आवृत्ति आम तौर पर 8-10 किलोहर्ट्ज़ की सीमा में होती है, जिसमें कई ओवरटोन घटक शामिल होते हैं, एक गाने के ऑडियो सिग्नल को मॉड्यूलेशन सिग्नल के रूप में यादृच्छिक रूप से चुना जाता है। सिग्नल एक ऑसिलोस्कोप द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, मूल ऑडियो मॉड्यूलेशन सिग्नल चित्र 7(ए) में दिखाया गया है, और AD9833 द्वारा 150 kHz वाहक सिग्नल आउटपुट चित्र 7(बी) में दिखाया गया है।

वाहक सिग्नल और ऑडियो मॉड्यूलेशन सिग्नल प्रारंभिक मॉड्यूलेशन करने के लिए गुणक में इनपुट होते हैं। ऑसिलोस्कोप द्वारा मापे जाने के बाद, गुणक का आउटपुट सिग्नल चित्र 8 में दिखाया गया है।

चित्र 8 में आवृत्ति प्रदर्शन के अनुसार, यह डबल-साइडबैंड मॉड्यूलेशन कानून के अनुरूप है। मल्टीप्लायर का आउटपुट सिग्नल समाक्षीय केबल के माध्यम से पावर एम्पलीफायर में इनपुट होता है, और सिग्नल को आउटपुट करने के लिए ट्रांसड्यूसर को चलाने के लिए सिग्नल की शक्ति को एक छोटी विरूपण सीमा में बढ़ाया जाता है। ट्रांसड्यूसर इनपुट को ऑसिलोस्कोप द्वारा प्रदर्शित किया जाता है। सिग्नल चित्र 9 में दिखाया गया है।

चित्र 9 में देखा जा सकता है कि गड़गड़ाहट गायब हो गई है, यानी सर्किट द्वारा उत्पन्न शोर को फ़िल्टर कर दिया गया है। प्राप्त करने वाला ट्रांसड्यूसर, यानी हाइड्रोफोन, चैनल से सिग्नल प्राप्त करता है जैसा कि चित्र 10 में दिखाया गया है।

हाइड्रोफोन द्वारा प्राप्त सिग्नल में ऑडियो सिग्नल, शोर और चैनल में मल्टीपाथ प्रभाव के कारण सुपरइम्पोज़्ड सिग्नल का हिस्सा होता है, जिसके परिणामस्वरूप कुछ सिग्नल तरंगों में गड़बड़ियां और ओवरलैप होते हैं। प्राप्त सिग्नल को कम-आवृत्ति शोर और सुपरइम्पोज़्ड सिग्नल को हटाने के लिए एक उच्च-पास फ़िल्टर द्वारा फ़िल्टर किए जाने के बाद, इसे मूल बेसबैंड सिग्नल को पुनर्स्थापित करने के लिए मल्टीप्लायर और एक बैंड-पास फ़िल्टर से बने सिस्टम में 150 kHz साइन तरंग के साथ डिमोड्युलेट किया जाता है, और स्पीकर पावर एम्पलीफायर मॉड्यूल TDA2030A द्वारा संचालित होता है। मूल ऑडियो सिग्नल विरूपण के बिना प्रसारित होता है। प्रसारण ऑडियो सिग्नल मूल संगीत सिग्नल है। प्राप्त ड्राइव सर्किट द्वारा बहाल किए गए ऑडियो सिग्नल को चित्र 11 के निचले तरंग रूप में दिखाया गया है।

चित्र 11 दो तरंगरूपों की तुलना दर्शाता है। ऊपरी भाग हाइड्रोफ़ोन द्वारा प्राप्त सिग्नल को दर्शाता है, और निचला भाग पुनर्स्थापित ऑडियो सिग्नल तरंगरूप को दर्शाता है। ऑडियो पुनर्स्थापन प्रभाव अच्छा है. मूल ऑडियो सिग्नल और पुनर्स्थापित ऑडियो सिग्नल के तरंग रूपों की तुलना की जाती है और मूल ऑडियो और वास्तविक ऑडियो ध्वनि गुणवत्ता के साथ तुलना की जाती है। परिणाम से पता चलता है कि सिस्टम 150 kHz उच्च-आवृत्ति यूनिडायरेक्शनल प्लानर हाइड्रो-ध्वनिक ट्रांसड्यूसर चला सकता है। ऑडियो सिग्नल को उच्च गुणवत्ता के साथ प्रसारित किया जा सकता है, और प्रसारण के अंत में ऑडियो स्पष्ट और स्थिर है।

 

3. 2 आवृत्ति समायोजन सत्यापन

यह सत्यापित करने के बाद कि सिस्टम और मिलान ट्रांसड्यूसर सामान्य रूप से काम कर रहे हैं और काम कर रहे हैं, सिस्टम की आवृत्ति की समायोजन क्षमता को सत्यापित करने के लिए दूसरा प्रयोग किया जाता है। प्रयोगशाला में बने 300 किलोहर्ट्ज़ ट्रांसड्यूसर से मिलान करने के लिए इसे संशोधित करने के लिए सिग्नल जेनरेशन मॉड्यूल को प्रोग्राम करें। सिग्नल ट्रांसमिशन प्रभाव का परीक्षण करें। ऑडियो मॉड्यूलेशन सिग्नल चित्र 12(ए) में दिखाया गया है, और नया बहाल ऑडियो सिग्नल चित्र 12(बी) में दिखाया गया है।

ऑसिलोस्कोप द्वारा पता लगाया गया सिग्नल तरंग प्रसारित ऑडियो सिग्नल का प्रतिनिधित्व करता है। चित्र 12(बी) में, ऊपरी भाग हाइड्रोफ़ोन द्वारा प्राप्त सिग्नल है, और निचला भाग पुनर्स्थापित ऑडियो सिग्नल तरंग है। सिस्टम के इनपुट और आउटपुट ऑडियो सिग्नलों की तुलना और विश्लेषण करके, यह देखा जा सकता है कि सिस्टम उच्च गुणवत्ता के साथ ऑडियो सिग्नल प्रसारित कर सकता है, यानी सिस्टम एक निश्चित आवृत्ति सीमा के भीतर विभिन्न अनुनाद आवृत्तियों के संकेतों को अनुकूलित कर सकता है।

 

3. प्रदर्शन सूचकांक विश्लेषण

सबसे पहले, सूचना के उच्च-आवृत्ति सटीक संचरण की स्थिति के तहत, इस प्रणाली की प्रसार दूरी 150 kHz पर 100 मीटर से अधिक है, जो सिग्नल ट्रांसमिशन गुणवत्ता की कीमत पर कई पानी के नीचे संचार प्रणालियों द्वारा प्राप्त 100 मीटर से कम की पानी के नीचे ध्वनिक संचार दूरी से कहीं अधिक है। दूसरे, ट्रांसमिशन सूचना बैंडविड्थ के प्रदर्शन के संदर्भ में, बाजार पर लगभग 200 हर्ट्ज की बैंडविड्थ के साथ कई पानी के नीचे ध्वनिक संचार प्रणालियों की तुलना में, इस प्रणाली की ट्रांसमिशन बैंडविड्थ 1. 71 किलोहर्ट्ज़ तक पहुंच सकती है, जो संचार के दौरान ऑडियो संकेतों के विरूपण से काफी हद तक बचाती है। अंत में, ध्वनि संचार की गुणवत्ता के संदर्भ में, अंतिम प्राप्तकर्ता छोर द्वारा प्रसारित ध्वनि की स्पष्टता को माप मानक के रूप में उपयोग किया जाता है। बड़े शोर और अस्पष्ट संकेतों वाले कई नागरिक जल आवाज संचार उपकरणों की तुलना में, सिस्टम का परीक्षण उसी झील की स्थितियों में किया जाता है। ऑडियो स्पष्ट और स्थिर है.

 

4 निष्कर्ष

यह आलेख पॉइंट-टू-पॉइंट संचार और पानी के नीचे ध्वनिक संचार के व्यावहारिक अनुप्रयोग के आधार पर पानी के नीचे ध्वनिक संचार सर्किट का एक सेट डिजाइन करता है। सबसे पहले, ट्रांसड्यूसर डिजाइन के प्रासंगिक सिद्धांतों और प्रयोगशाला के परिणामों के आधार पर, ट्रांसड्यूसर की संरचना को ANSYS परिमित तत्व सिमुलेशन सॉफ्टवेयर द्वारा सिम्युलेटेड किया जाता है, और काटने और भरने की विधि पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक कार्यात्मक सामग्री चरण के रूप में उच्च प्रदर्शन संवेदनशील सामग्री PZT5-A का उपयोग करके की जाती है, एपॉक्सी राल 618 पॉलिमर चरण है, यूनिडायरेक्शनल 1-3 प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक कंपोजिट बनाने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक कॉलम के अंतर को भरना हाइड्रो-ध्वनिक प्लेनर ट्रांसड्यूसर। फिर, निर्मित ट्रांसड्यूसर का उपयोग संचार प्रणाली में किया गया, और स्थिर संरचना और स्पष्ट संचार के साथ एक पानी के नीचे ध्वनिक संचार सर्किट विकसित किया गया। यह सर्किट प्रभावी पानी के नीचे संचार का एहसास कर सकता है, और मॉड्यूलेशन और डिमोड्यूलेशन सर्किट के डिजाइन और वाहक सिग्नल की समायोज्य आवृत्ति के कारण, लंबी दूरी की दोष पहचान और दूरी माप के कार्यों को महसूस करने के लिए सर्किट को अल्ट्रासोनिक जांच से भी मिलान किया जा सकता है।