Penderia hidrofon bulat satu arah

                                

pengenalan

 

Hidrofon bulat ialah jenis hidrofon yang biasa digunakan, yang biasanya digunakan dalam jalur frekuensi rendah. Ia mempunyai ciri-ciri tindak balas frekuensi rata, saiz kecil, kepekaan pecutan rendah, tidak terarah dan konsistensi yang baik. Satu arah penderia hidrofon bulat yang diperkenalkan dalam artikel ini diperbuat daripada tiub seramik dipol dan tiub seramik monopole. Isyarat yang diterima oleh dipol dialihkan fasa dan dikuatkan, dan kemudian isyarat diterima dengan monopole mensintesis untuk membentuk directivity berbentuk jantung. Hidrofon bulat satu arah bersaiz kecil dan ringan. Sebagai elemen piezo bagi tatasusunan penerima yang besar, ia boleh mengurangkan berat tatasusunan dengan berkesan. Terutama apabila digunakan dalam tatasusunan konformal, ia boleh berfungsi sebagai penyekat bunyi maya dan merealisasikan pengesanan. Pelabuhan dan pelabuhan dibezakan.

 

1 Analisis teori

Gambarajah skematik hidrofon bulat satu arah ditunjukkan dalam Rajah 1. Dapat dilihat bahawa hidrofon tiub bulat satu arah menggunakan kearah semula jadi bagi dipol dan kearah omnidirectional monopole untuk mensintesis kearah kardioid.

 

Dalam jalur frekuensi rendah, perbezaan fasa antara mod getaran monopole dan mod getaran dipol tiub seramik piezo dengan saiz yang sama ialah 90°, jadi tiub seramik piezo dipol boleh diberi pampasan untuk fasa 90°. Pada masa yang sama, terdapat perbezaan dalam magnitud isyarat yang diterima antara kedua-duanya, jadi amplitud dipol harus dikuatkan supaya gelombang bunyi kejadian dalam arah 180 ° membatalkan satu sama lain, dan kearah arah hidrofon adalah berbentuk jantung.

 

2 Simulasi unsur terhingga bagi hidrofon satu arah

Gunakan perisian simulasi unsur terhingga ANSYS untuk membina model hidrofon. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, biru ialah dipol, merah ialah monopole, dan merah jambu ialah kawasan air. Penggunaan sempadan simetri boleh memudahkan model, dan hanya perlu membina 1/2 model. Bahan seramik piezoelektrik ialah PZT-5, saiznya ialahφ20mm×φ18mm×10mm, frekuensi resonansnya pada 48kHz.

Mengikut analisis teori, mula-mula hitung fasa dan sensitiviti penerimaan bagi isyarat penerima monopole dan dipol masing-masing, dan hasilnya ditunjukkan dalam Rajah 3 dan Rajah 4. Dapat dilihat bahawa dalam jalur frekuensi rendah, perbezaan fasa antara sinaran monopol dan dipol adalah kira-kira 90°, dengan turun naik 2.5°. Keluk perubahan perbezaan sensitiviti .Garisan mempunyai cerun minimum sekitar 6kHz. Mengikut ini, frekuensi operasi pusat boleh ditetapkan sekitar 6kHz, anjakan fasa dipol ialah 90 darjah, dan pampasan amplitud ialah 10 kali.

Mengikut anjakan fasa dan pampasan amplitud yang dikira di atas, tiub bulat satu arah disimulasikan dan dikira, dan gambar rajah kearah ditunjukkan dalam Rajah 5. Dapat dilihat bahawa hidrofon mempunyai kearah arah berbentuk jantung yang terbaik pada 6kHz. Dalam julat 4kHz~12kHz, perbezaan sinaran sebelum dan selepas hidrofon Di atas 10dB, boleh dianggap bahawa hidrofon mempunyai unidirectionality dan boleh membezakan depan dan belakang.

3 Membuat dan menguji hidrofon tiub bulat satu arah

Mengikut keputusan pengiraan simulasi, gambar sebenar hidrofon tiub bulat satu arah ditunjukkan dalam 6.

Ukur dalam kumpulan anechoic, gunakan papan pemerolehan untuk pemerolehan data, dan gunakan Matlab untuk memproses data yang diperoleh mengikut anjakan fasa dan pampasan amplitud yang diperolehi oleh simulasi. Gambar rajah kearah yang diperolehi ditunjukkan dalam 7.

Data graf arah 4kHz~12kHz yang diukur bagi tiub bulat satu arah pada asasnya adalah konsisten dengan simulasi, tetapi perbezaan sinaran hadapan dan belakang adalah sedikit lebih kecil daripada hasil simulasi, yang disebabkan oleh angka-lapan arah dipol besar dan kecil. Ujian ini mengesahkan bahawa satu arah penderia hidrofon tiub bulat mempunyai prestasi satu arah jalur lebar. Sebagai elemen tatasusunan penerima, ia mempunyai keupayaan untuk membezakan antara kanan dan kanan.

 

4 Kesimpulan

Dalam kertas ini, tiub bulat satu arah direka bentuk. Menggunakan prinsip sintesis kejuruteraan monopole dan dipol, pampasan fasa dan amplifikasi amplitud dilakukan pada dipol, dan satu arah dalam jalur frekuensi 4kHz~12kHz boleh diperolehi. Akhirnya, ia lulus ujian. Kemungkinan jenis hidrofon ini disahkan, dan ia mempunyai prospek praktikal tertentu. Langkah seterusnya adalah untuk meningkatkan pengeluaran tiub dipol, mengoptimumkan sensitiviti hidrofon, dan meluaskan jalur frekuensi kerja.