Jednosmjerni kružni hidrofonski senzor

                                

Uvod

 

Kružni hidrofon je često korištena vrsta hidrofona, koji se općenito koristi u niskofrekventnim pojasima. Ima karakteristike ravnog frekvencijskog odziva, male veličine, niske osjetljivosti na ubrzanje, neusmjerenosti i dobre dosljednosti. Ono jednosmjerno kružni hidrofonski senzor predstavljen u ovom članku izrađen je od dipolne keramičke cijevi i monopolne keramičke cijevi. Signal koji prima dipol je fazno pomaknut i pojačan, a zatim se signal prima s monopolom sintetiziranim u obliku usmjerenosti u obliku srca. Jednosmjerni kružni hidrofon je malih dimenzija i male težine. Kao piezo element velikog prijemnog niza, može učinkovito smanjiti težinu niza. Osobito kada se koristi u konformnom nizu, može funkcionirati kao virtualna zvučna pregrada i ostvariti detekciju. Razlikuju se luka i luka.

 

1 Teorijska analiza

Shematski dijagram jednosmjernog kružnog hidrofona prikazan je na slici 1. Može se vidjeti da jednosmjerni kružni cijevni hidrofon koristi prirodnu usmjerenost dipola i višesmjernu usmjerenost monopola za sintetiziranje kardioidne usmjerenosti.

 

U niskofrekventnom pojasu, fazna razlika između monopolnog načina vibracije i dipolnog načina vibracije piezo keramičke cijevi iste veličine je 90°, tako da se dipolna piezo keramička cijev može kompenzirati za fazu od 90°. Istodobno postoji razlika u veličini primljenog signala između njih, pa amplituda dipola treba biti pojačana tako da se upadni zvučni valovi u smjeru 180° međusobno poništavaju, a usmjerenost hidrofona je srcolika.

 

2 Simulacija konačnih elemenata jednosmjerni hidrofon

Koristite ANSYS softver za simulaciju konačnih elemenata za izradu modela hidrofona. Kao što je prikazano na slici 2, plavo je dipol, crveno je monopol, a ružičasto je vodeno područje. Korištenje simetričnih granica može pojednostaviti model i potrebno je izgraditi samo 1/2 modela. Piezoelektrični keramički materijal je PZT-5, veličina je φ20mm×φ18mm×10mm, njegova rezonantna frekvencija je 48kHz.

Prema teoretskoj analizi, prvo izračunajte fazu i osjetljivost prijema monopolnog i dipolnog prijemnog signala, a rezultati su prikazani na slikama 3 i 4. Može se vidjeti da je u niskofrekventnom pojasu fazna razlika između monopolnog i dipolnog zračenja oko 90°, s fluktuacijama od 2,5°. Krivulja promjene razlike osjetljivosti. Linija ima minimalni nagib oko 6 kHz. Prema tome, središnja radna frekvencija može se postaviti oko 6 kHz, fazni pomak dipola je 90 stupnjeva, a kompenzacija amplitude je 10 puta.

Prema gore izračunatom faznom pomaku i kompenzaciji amplitude, jednosmjerna kružna cijev je simulirana i izračunata, a dijagram usmjerenosti prikazan je na slici 5. Može se vidjeti da hidrofon ima najbolju usmjerenost u obliku srca na 6kHz. U rasponu od 4kHz~12kHz, razlika u zračenju prije i iza hidrofona Iznad 10dB, može se smatrati da hidrofon ima jednosmjernost i može razlikovati prednju i stražnju stranu.

3 Izrada i ispitivanje jednosmjernog hidrofona kružne cijevi

Prema rezultatima proračuna simulacije, stvarna slika jednosmjernog hidrofona s kružnom cijevi prikazana je na slici 6.

Mjerite u bezehoičnom bazenu, koristite akvizicijsku ploču za prikupljanje podataka i koristite Matlab za obradu dobivenih podataka prema faznom pomaku i kompenzaciji amplitude dobivenim simulacijom. Dobiveni dijagram usmjerenosti prikazan je na 7.

Izmjereni podaci dijagrama smjera od 4kHz~12kHz jednosmjerne kružne cijevi u osnovi su u skladu sa simulacijom, ali razlika u prednjem i stražnjem zračenju nešto je manja od rezultata simulacije, što je uzrokovano usmjerenošću velike i male dipolne osmice. Ovaj test potvrđuje da je jednosmjerni hidrofonski senzor s kružnom cijevi ima širokopojasne jednosmjerne performanse. Kao element prijemnog niza, ima sposobnost razlikovanja desnog i desnog boka.

 

4 Zaključak

U ovom radu projektirana je jednosmjerna kružna cijev. Koristeći princip sinteze monopolne i dipolne usmjerenosti, fazna kompenzacija i pojačanje amplitude se izvode na dipolu, te se može postići jednosmjernost u frekvencijskom pojasu od 4kHz~12kHz. Konačno, prolazi test. Mogućnost ovakvog hidrofona je provjerena i ima izvjesnu praktičnu perspektivu. Sljedeći korak je poboljšati proizvodnju dipolne cijevi, optimizirati osjetljivost hidrofona i proširiti radni frekvencijski pojas.