onderzoek en ontwikkeling van akoestische onderwatertransducers (1)

Transducerkarakteristieken en kalibratiemethoden:

A hydro-akoestische transducer is een apparaat dat akoestische energie en elektrische energie met elkaar omzet. De positie in sonar is vergelijkbaar met de antenne in een radio, een akoestisch systeem dat geluidsgolven in zeewater uitzendt en ontvangt. A piëzokeramische keramische cilindertransducer waarin akoestische energie wordt omgezet in elektrische energie, wordt een ontvanger of een hydrofoon genoemd; een transducer die elektrische energie omzet in akoestische energie wordt een zender genoemd. Sommige sonars gebruiken dezelfde transducer om geluid te verzenden en te ontvangen; anderen gebruiken afzonderlijke zenders en hydrofoons.

Omvormerkarakteristieken:

Hydrofoonprestaties hebben voornamelijk betrekking op gevoeligheid en directionaliteit. De ontvangstrespons van de hydrofoon is de ontvangstgevoeligheid.

Transducer-hydrofoon:

Een hydrofoon is meestal een akoestisch/elektrisch lineair conversieapparaat dat een schaalfactor heeft tussen de spanning die het produceert en de geluidsdruk van het geluidsveld. Deze schaalfactor wordt de respons van de transducer genoemd. De ontvangstrespons (ontvangstgevoeligheid) van de hydrofoon is de klemspanning van de hydrofoon die wordt gegenereerd door de vlakke golf van de geluidsdruk van de eenheid (voordat de hydrofoon in het veld wordt geplaatst). Conventioneel wordt de ontvangstrespons van Pzt-piëzo-keramiek weergegeven door een open circuitrespons waarbij de hydrofoon niet is aangesloten op de belasting. Normaal gesproken wordt de ontvangstrespons geregistreerd in decibel, het referentieniveau is 1 dynes/cm2 en de geluidsdruk is 1V, en wordt geschreven in dB. De emissiestroomrespons van de zender geeft de axiale afstand in het bundelpatroon aan wanneer de eenheidsstroom in de zender wordt geïnjecteerd. Geluidsdruk gegenereerd op 1 m afstand. De emissierespons wordt doorgaans uitgedrukt in decibel. Het referentieniveau is de geluidsdruk die wordt gegenereerd op de referentieafstand wanneer de stroom van de zender wordt geïnjecteerd, en wordt geschreven in dB. Conventioneel verwijst de referentieafstand naar 1 m van de geluidsbron; als de referentieafstand 1 code is, transformeert Plus 20log39.4/36, dwz +0,87 dB correctie, de zendrespons. Dit is het niveau van de geluidsbron.

Directiviteit:

Hydrofoons gebruiken bijna altijd hydrofoonarrays in hun toepassingen. Hydrofoonarrays hebben een hogere signaal-ruisverhouding dan individuele hydrofooncomponenten, omdat ze kunnen worden gebruikt bij isotrope of meerdere identieke geluiden. Het signaal dat uit de door de array aangegeven richting komt, wordt geëxtraheerd, dat wil zeggen: de directiviteitsindex is een ontvangende akoestische golfparameter die wordt gebruikt om het vermogen van een hydrofoonarray te meten om signalen uit ruis te extraheren met zijn bundelpatroon. Het is het aantal decibel waarin de signaal-ruisverhouding aan de uitgang van de directionele hydrofoon hoger is dan de signaal-ruisverhouding aan de uitgang van de niet-directionele hydrofoon.

Kalibratiemethode:

Om de prestaties van de cilindrische akoestische onderwatertransducer en de noodzaak voor de overdracht van de waarden, moeten de hydrofoon en de zender worden gekalibreerd. Het kalibreren van een transducer is een functie van de frequentie en richtingsgevoeligheid van de transducerrespons. Er is nu een groot aantal methoden voor het meten van de transducerrespons. een samenvatting van de kalibratiemethoden samengesteld door het Naval Ordnance Laboratory TF Johnston op basis van de literatuur. Deze methoden hebben hun eigen voor- en nadelen voor verschillende transducergroottes en frequentiebereiken.