एकल-दिशात्मक गोलाकार हाइड्रोफोन सेंसर

                                

परिचय

 

सर्कुलर हाइड्रोफोन आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला एक प्रकार का हाइड्रोफोन है, जो आमतौर पर कम आवृत्ति बैंड में उपयोग किया जाता है। इसमें फ्लैट आवृत्ति प्रतिक्रिया, छोटे आकार, कम त्वरण संवेदनशीलता, गैर-प्रत्यक्षता और अच्छी स्थिरता की विशेषताएं हैं। यूनिडायरेक्शनल इस लेख में प्रस्तुत सर्कुलर हाइड्रोफोन सेंसर एक द्विध्रुवीय सिरेमिक ट्यूब और एक मोनोपोल सिरेमिक ट्यूब से बना है। द्विध्रुव द्वारा प्राप्त संकेत को चरणबद्ध और प्रवर्धित किया जाता है, और फिर हृदय के आकार की दिशा बनाने के लिए मोनोपोल संश्लेषण के साथ संकेत प्राप्त होता है। यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर हाइड्रोफोन आकार में छोटा और वजन में हल्का होता है। एक बड़े प्राप्त सरणी के पीजो तत्व के रूप में, यह सरणी के वजन को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। विशेष रूप से जब एक अनुरूप सरणी में उपयोग किया जाता है, तो यह एक आभासी ध्वनि बाधक के रूप में कार्य कर सकता है और पहचान का एहसास कर सकता है। बंदरगाह और बंदरगाह प्रतिष्ठित हैं.

 

1 सैद्धांतिक विश्लेषण

यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर हाइड्रोफोन का योजनाबद्ध आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर ट्यूब हाइड्रोफोन कार्डियोइड डायरेक्टिविटी को संश्लेषित करने के लिए द्विध्रुव की प्राकृतिक दिशा और मोनोपोल की सर्वदिशात्मक दिशा का उपयोग करता है।

 

कम आवृत्ति बैंड में, मोनोपोल कंपन मोड और समान आकार के पीजो सिरेमिक ट्यूब के द्विध्रुव कंपन मोड के बीच चरण अंतर 90 डिग्री है, इसलिए डीपोल पीजो सिरेमिक ट्यूब को 90 डिग्री चरण के लिए मुआवजा दिया जा सकता है। साथ ही, दोनों के बीच प्राप्त सिग्नल के परिमाण में अंतर होता है, इसलिए द्विध्रुव के आयाम को बढ़ाया जाना चाहिए ताकि 180° दिशा में आपतित ध्वनि तरंगें एक दूसरे को रद्द कर दें, और हाइड्रोफोन की दिशा हृदय के आकार की हो।

 

2 का परिमित तत्व अनुकरण यूनिडायरेक्शनल हाइड्रोफोन

हाइड्रोफ़ोन मॉडल बनाने के लिए ANSYS परिमित तत्व सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर का उपयोग करें। जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, नीला एक द्विध्रुव है, लाल एक मोनोपोल है, और गुलाबी एक जल क्षेत्र है। सममित सीमाओं का उपयोग मॉडल को सरल बना सकता है, और केवल 1/2 मॉडल बनाने की आवश्यकता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री PZT-5 है, आकार φ20mm×φ18mm×10mm है, इसकी अनुनाद आवृत्ति 48kHz पर है।

सैद्धांतिक विश्लेषण के अनुसार, पहले क्रमशः मोनोपोल और द्विध्रुवीय प्राप्त संकेतों के चरण और प्राप्त संवेदनशीलता की गणना करें, और परिणाम चित्र 3 और चित्र 4 में दिखाए गए हैं। यह देखा जा सकता है कि कम आवृत्ति बैंड में, मोनोपोल और द्विध्रुव विकिरण के बीच चरण अंतर लगभग 90° है, जिसमें 2.5° के उतार-चढ़ाव होते हैं। संवेदनशीलता अंतर परिवर्तन वक्र। लाइन का न्यूनतम ढलान लगभग 6kHz है। इसके अनुसार, केंद्र ऑपरेटिंग आवृत्ति को 6kHz के आसपास सेट किया जा सकता है, द्विध्रुव चरण बदलाव 90 डिग्री है, और आयाम मुआवजा 10 गुना है।

ऊपर गणना किए गए चरण बदलाव और आयाम मुआवजे के अनुसार, यूनिडायरेक्शनल परिपत्र ट्यूब का अनुकरण और गणना की जाती है, और दिशात्मकता आरेख चित्र 5 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि हाइड्रोफोन में 6kHz पर सबसे अच्छी दिल के आकार की दिशात्मकता है। 4kHz ~ 12kHz की सीमा में, हाइड्रोफोन से पहले और बाद में विकिरण में अंतर 10dB से ऊपर, यह माना जा सकता है कि हाइड्रोफोन में यूनिडायरेक्शनलता है और आगे और पीछे अंतर कर सकता है।

3 यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर ट्यूब हाइड्रोफोन का निर्माण और परीक्षण

सिमुलेशन गणना के परिणामों के अनुसार, एक यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर ट्यूब हाइड्रोफोन की वास्तविक तस्वीर 6 में दिखाई गई है।

एनेकोइक पूल में मापें, डेटा अधिग्रहण के लिए अधिग्रहण बोर्ड का उपयोग करें, और सिमुलेशन द्वारा प्राप्त चरण बदलाव और आयाम मुआवजे के अनुसार प्राप्त डेटा को संसाधित करने के लिए मैटलैब का उपयोग करें। प्राप्त दिशात्मकता आरेख 7 में दिखाया गया है।

यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर ट्यूब का मापा गया 4kHz ~ 12kHz दिशात्मक ग्राफ डेटा मूल रूप से सिमुलेशन के अनुरूप है, लेकिन सामने और पीछे के विकिरण का अंतर सिमुलेशन परिणाम से थोड़ा छोटा है, जो बड़े और छोटे द्विध्रुवीय आकृति-आठ दिशा के कारण होता है। यह परीक्षण सत्यापित करता है कि यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर ट्यूब हाइड्रोफोन सेंसर में वाइड-बैंड यूनिडायरेक्शनल प्रदर्शन है। प्राप्त सरणी तत्व के रूप में, इसमें स्टारबोर्ड और स्टारबोर्ड के बीच अंतर करने की क्षमता है।

 

4 निष्कर्ष

इस पेपर में एक यूनिडायरेक्शनल सर्कुलर ट्यूब डिज़ाइन किया गया है। मोनोपोल और द्विध्रुव प्रत्यक्षता संश्लेषण के सिद्धांत का उपयोग करके, चरण मुआवजा और आयाम प्रवर्धन द्विध्रुव पर किया जाता है, और 4kHz ~ 12kHz के आवृत्ति बैंड में यूनिडायरेक्शनलिटी प्राप्त की जा सकती है। अंततः, यह परीक्षा उत्तीर्ण कर लेता है। इस प्रकार के हाइड्रोफोन की संभावना सत्यापित है, और इसकी एक निश्चित व्यावहारिक संभावना है। अगला कदम द्विध्रुवीय ट्यूब के उत्पादन में सुधार करना, हाइड्रोफोन की संवेदनशीलता को अनुकूलित करना और कार्यशील आवृत्ति बैंड को व्यापक बनाना है।