Sensore idrofono circolare unidirezionale

                                

Introduzione

 

L'idrofono circolare è un tipo di idrofono comunemente usato, generalmente utilizzato nelle bande di bassa frequenza. Ha le caratteristiche di risposta in frequenza piatta, dimensioni ridotte, bassa sensibilità all'accelerazione, non direttività e buona consistenza. L'unidirezionale Il sensore idrofono circolare presentato in questo articolo è costituito da un tubo ceramico dipolare e un tubo ceramico unipolare. Il segnale ricevuto dal dipolo viene sfasato e amplificato, quindi il segnale viene ricevuto con il monopolo sintetizzato per formare una direttività a forma di cuore. L'idrofono circolare unidirezionale è di piccole dimensioni e leggero. Essendo l'elemento piezoelettrico di un ampio array di ricezione, può ridurre efficacemente il peso dell'array. Soprattutto se utilizzato in un array conforme, può funzionare come un deflettore sonoro virtuale e realizzare il rilevamento. Si distinguono il porto e il porto.

 

1 Analisi teorica

Il diagramma schematico dell'idrofono circolare unidirezionale è mostrato nella Figura 1. Si può vedere che l'idrofono a tubo circolare unidirezionale utilizza la direttività naturale del dipolo e la direttività omnidirezionale del monopolo per sintetizzare la direttività cardioide.

 

Nella banda a bassa frequenza, la differenza di fase tra la modalità di vibrazione monopolare e la modalità di vibrazione dipolare del tubo piezo ceramico della stessa dimensione è di 90°, quindi il tubo piezo ceramico dipolo può essere compensato per la fase di 90°. Allo stesso tempo, c'è una differenza nell'entità del segnale ricevuto tra i due, quindi l'ampiezza del dipolo dovrebbe essere amplificata in modo che le onde sonore incidenti nella direzione di 180° si annullino a vicenda e la direttività dell'idrofono sia a forma di cuore.

 

2 Simulazione agli elementi finiti di idrofono unidirezionale

Utilizza il software di simulazione agli elementi finiti ANSYS per costruire un modello di idrofono. Come mostrato nella Figura 2, il blu è un dipolo, il rosso è un monopolo e il rosa è un'area d'acqua. L'uso di confini simmetrici può semplificare il modello e richiede solo la costruzione di 1/2 modello. Il materiale ceramico piezoelettrico è PZT-5, le dimensioni sono φ20mm×φ18mm×10mm, la sua frequenza di risonanza è a 48kHz.

Secondo l'analisi teorica, calcolare prima la fase e la sensibilità di ricezione rispettivamente dei segnali di ricezione del monopolo e del dipolo, e i risultati sono mostrati nella Figura 3 e Figura 4. Si può vedere che nella banda a bassa frequenza, la differenza di fase tra la radiazione del monopolo e quella del dipolo è di circa 90°, con fluttuazioni di 2,5°. Curva di variazione della differenza di sensibilità. La linea ha una pendenza minima intorno a 6kHz. In base a ciò, la frequenza operativa centrale può essere impostata intorno a 6kHz, lo sfasamento del dipolo è di 90 gradi e la compensazione dell'ampiezza è 10 volte.

Secondo lo sfasamento e la compensazione dell'ampiezza calcolati sopra, viene simulato e calcolato il tubo circolare unidirezionale e il diagramma di direttività è mostrato nella Figura 5. Si può vedere che l'idrofono ha la migliore direttività a forma di cuore a 6kHz. Nell'intervallo 4kHz~12kHz, la differenza di radiazione prima e dopo l'idrofono è superiore a 10 dB, si può considerare che l'idrofono ha unidirezionalità e può distinguere la parte anteriore e quella posteriore.

3 Realizzazione e collaudo di idrofono unidirezionale a tubo circolare

Secondo i risultati del calcolo della simulazione, l'immagine reale di un idrofono a tubo circolare unidirezionale è mostrata in 6.

Misurare nella piscina anecoica, utilizzare la scheda di acquisizione per l'acquisizione dei dati e utilizzare Matlab per elaborare i dati ottenuti in base allo sfasamento e alla compensazione dell'ampiezza ottenuta dalla simulazione. Il diagramma di direttività ottenuto è mostrato in 7.

I dati grafici direzionali misurati da 4kHz a 12kHz del tubo circolare unidirezionale sono sostanzialmente coerenti con la simulazione, ma la differenza di radiazione anteriore e posteriore è leggermente inferiore al risultato della simulazione, che è causato dalla direttività a forma di otto del dipolo grande e piccolo. Questo test verifica che il unidirezionale Il sensore idrofono a tubo circolare ha prestazioni unidirezionali a banda larga. In quanto elemento dell'array ricevente, ha la capacità di distinguere tra tribordo e tribordo.

 

4 Conclusione

In questo articolo viene progettato un tubo circolare unidirezionale. Utilizzando il principio della sintesi della direttività del monopolo e del dipolo, la compensazione di fase e l'amplificazione dell'ampiezza vengono eseguite sul dipolo ed è possibile ottenere l'unidirezionalità nella banda di frequenza di 4kHz~12kHz. Alla fine supera il test. La possibilità di questo tipo di idrofono è verificata e ha una certa prospettiva pratica. Il prossimo passo sarà migliorare la produzione del tubo dipolare, ottimizzare la sensibilità dell'idrofono e ampliare la banda di frequenza operativa.