Enveis sirkulær hydrofonsensor

                                

Introduksjon

 

Den sirkulære hydrofonen er en vanlig type hydrofon, som vanligvis brukes i lavfrekvensbånd. Den har egenskapene til flat frekvensrespons, liten størrelse, lav akselerasjonsfølsomhet, ikke-direktivitet og god konsistens. Den ensrettede sirkulær hydrofonsensor introdusert i denne artikkelen er laget av et dipol keramisk rør og et monopol keramisk rør. Signalet mottatt av dipolen faseforskyves og forsterkes, og deretter mottas signalet med monopolen syntetiseres for å danne en hjerteformet retningsbestemmelse. Den ensrettede sirkulære hydrofonen er liten i størrelse og lett i vekt. Som piezo-elementet i en stor mottakergruppe, kan den effektivt redusere vekten av matrisen. Spesielt når den brukes i en konform matrise, kan den fungere som en virtuell lydskjerm og realisere deteksjon. Havnen og havnen skilles.

 

1 Teoretisk analyse

Det skjematiske diagrammet for den ensrettede sirkulære hydrofonen er vist i figur 1. Det kan sees at den ensrettede sirkulære rørhydrofonen bruker dipolens naturlige retningsvirkning og monopolens rundstrålende retning for å syntetisere kardioidedirektiviteten.

 

I lavfrekvensbåndet er faseforskjellen mellom monopolvibrasjonsmodusen og dipolvibrasjonsmodusen til det piezokeramiske røret av samme størrelse 90°, slik at det dipole piezokeramiske røret kan kompenseres for 90° fase. Samtidig er det en forskjell i størrelsen på det mottatte signalet mellom de to, så amplituden til dipolen bør forsterkes slik at de innfallende lydbølgene i 180°-retningen kansellerer hverandre, og retningsvirkningen til hydrofonen er hjerteformet.

 

2 Finite element simulering av enveis hydrofon

Bruk ANSYS finite element simuleringsprogramvare for å bygge en hydrofonmodell. Som vist i figur 2 er den blå en dipol, den røde er en monopol, og den rosa er et vannområde. Bruk av symmetriske grenser kan forenkle modellen, og trenger kun å bygge 1/2 modell. Det piezoelektriske keramiske materialet er PZT-5, størrelsen erφ20mm×φ18mm×10mm, dens resonansfrekvens er på 48kHz.

I henhold til den teoretiske analysen skal du først beregne fasen og mottaksfølsomheten til henholdsvis monopol- og dipol-mottakersignalene, og resultatene er vist i figur 3 og figur 4. Det kan sees at i lavfrekvensbåndet er faseforskjellen mellom monopol- og dipol-stråling ca. 90° på, med 2,5° svingninger. Følsomhetsdifferanse endringskurve. Linjen har en minimumshelling rundt 6kHz. I henhold til dette kan senterdriftsfrekvensen settes rundt 6kHz, dipolfaseforskyvningen er 90 grader, og amplitudekompensasjonen er 10 ganger.

I henhold til faseforskyvningen og amplitudekompensasjonen beregnet ovenfor, simuleres og beregnes det ensrettede sirkulære røret, og retningsdiagrammet er vist i figur 5. Det kan sees at hydrofonen har den beste hjerteformede retningsevnen ved 6kHz. I området 4kHz~12kHz, forskjellen i stråling før og etter hydrofonen Over 10dB, kan det anses at hydrofonen har ensrettethet og kan skille foran og bak.

3 Fremstilling og testing av enveis sirkulært rørhydrofon

I henhold til resultatene av simuleringsberegningen er det faktiske bildet av en enveis sirkulært rørhydrofon vist i 6.

Mål i det ekkofrie bassenget, bruk innsamlingstavlen for datainnsamling, og bruk Matlab til å behandle de oppnådde dataene i henhold til faseforskyvningen og amplitudekompensasjonen oppnådd av simuleringen. Det oppnådde retningsdiagrammet er vist i 7.

De målte 4kHz~12kHz retningsgrafdataene til det ensrettede sirkulære røret er i utgangspunktet konsistent med simuleringen, men strålingsforskjellen foran og bak er litt mindre enn simuleringsresultatet, som er forårsaket av den store og lille dipolen åtte-direktiviteten. Denne testen bekrefter at den ensrettede sirkulært rør hydrofonsensor har bredbånds ensrettet ytelse. Som et mottakende array-element har det evnen til å skille mellom styrbord og styrbord.

 

4 Konklusjon

I denne artikkelen er et ensrettet sirkulært rør designet. Ved å bruke prinsippet om monopol- og dipoldirektivitetssyntese, utføres fasekompensasjon og amplitudeforsterkning på dipolen, og ensrettethet i frekvensbåndet på 4kHz~12kHz kan oppnås. Til slutt består den testen. Muligheten for denne typen hydrofon er verifisert, og den har en viss praktisk utsikt. Det neste trinnet er å forbedre produksjonen av dipolrøret, optimalisere hydrofonens følsomhet og utvide arbeidsfrekvensbåndet.