Language
Vizualizări: 6 Autor: Editor site Ora publicării: 2021-06-22 Origine: Site
Introducere
Hidrofonul circular este un tip de hidrofon utilizat în mod obișnuit, care este utilizat în general în benzile de frecvență joasă. Are caracteristicile răspunsului în frecvență plat, dimensiune mică, sensibilitate scăzută la accelerație, non-directivitate și consistență bună. Unidirecționalul Senzorul hidrofon circular introdus în acest articol este format dintr-un tub ceramic dipol și un tub ceramic monopol. Semnalul primit de dipol este defazat și amplificat, iar apoi semnalul este recepționat cu monopolul sintetizat pentru a forma o directivitate în formă de inimă. Hidrofonul circular unidirecțional are dimensiuni mici și greutate redusă. Fiind elementul piezo al unei matrice de recepție mare, poate reduce efectiv greutatea matricei. Mai ales atunci când este utilizat într-o matrice conformă, poate funcționa ca un deflector virtual de sunet și poate realiza detectarea. Se disting portul și portul.
1 Analiză teoretică
Diagrama schematică a hidrofonului circular unidirecțional este prezentată în Figura 1. Se poate observa că hidrofonul tub circular unidirecțional folosește directivitatea naturală a dipolului și directivitatea omnidirecțională a monopolului pentru a sintetiza directivitatea cardioidă.
În banda de joasă frecvență, diferența de fază între modul de vibrație monopol și modul de vibrație dipol al tubului piezo ceramic de aceeași dimensiune este de 90 °, astfel încât tubul piezo ceramic dipol poate fi compensat pentru faza de 90 °. În același timp, există o diferență în mărimea semnalului recepționat între cele două, astfel încât amplitudinea dipolului ar trebui să fie amplificată, astfel încât undele sonore incidente în direcția de 180 ° să se anuleze reciproc, iar directivitatea hidrofonului să fie în formă de inimă.
2 Simularea cu elemente finite a hidrofon unidirecţional
Utilizați software-ul de simulare cu elemente finite ANSYS pentru a construi un model de hidrofon. După cum se arată în figura 2, albastrul este un dipol, roșul este un monopol, iar rozul este o zonă de apă. Utilizarea limitelor simetrice poate simplifica modelul și trebuie doar să construiți 1/2 model. Materialul ceramic piezoelectric este PZT-5, dimensiunea este φ20mm×φ18mm×10mm, frecvența sa de rezonanță este de 48kHz.
Conform analizei teoretice, calculați mai întâi faza și sensibilitatea de recepție a semnalelor de recepție a monopolului și, respectiv, a dipolului, iar rezultatele sunt prezentate în Figura 3 și Figura 4. Se poate observa că în banda de joasă frecvență, diferența de fază între radiația monopol și dipol este de aproximativ 90°, cu fluctuații de 2,5°. Curba de modificare a diferenței de sensibilitate. Linia are o pantă minimă în jur de 6 kHz. În conformitate cu aceasta, frecvența de funcționare centrală poate fi setată în jurul valorii de 6 kHz, defazarea dipolului este de 90 de grade, iar compensarea amplitudinii este de 10 ori.
În conformitate cu defazarea și compensarea amplitudinii calculate mai sus, tubul circular unidirecțional este simulat și calculat, iar diagrama de directivitate este prezentată în Figura 5. Se poate observa că hidrofonul are cea mai bună directivitate în formă de inimă la 6kHz. În intervalul 4kHz~12kHz, diferența de radiație înainte și după hidrofon Peste 10dB, se poate considera că hidrofonul are unidirecționalitate și poate distinge față și spate.
3 Realizarea și testarea hidrofonului cu tub circular unidirecțional
Conform rezultatelor calculului de simulare, imaginea reală a unui hidrofon cu tub circular unidirecțional este prezentată în 6.
Măsurați în bazinul anecoic, utilizați placa de achiziție pentru achiziția de date și utilizați Matlab pentru a procesa datele obținute în funcție de defazarea și compensarea amplitudinii obținute prin simulare. Diagrama de directivitate obținută este prezentată în 7.
Datele măsurate ale graficului direcțional de 4 kHz ~ 12 kHz ale tubului circular unidirecțional sunt practic în concordanță cu simularea, dar diferența de radiație din față și din spate este puțin mai mică decât rezultatul simulării, care este cauzată de directivitatea dipolului mare și mic în opt. Acest test verifică dacă unidirecțional Senzorul hidrofon cu tub circular are performanță unidirecțională cu bandă largă. Ca element de recepție, are capacitatea de a distinge între tribord și tribord.
4 Concluzie
În această lucrare, este proiectat un tub circular unidirecțional. Folosind principiul sintezei directivității monopolului și dipolului, pe dipol se realizează compensarea de fază și amplificarea amplitudinii și se poate obține unidirecționalitatea în banda de frecvență de 4kHz~12kHz. În cele din urmă, trece testul. Posibilitatea acestui tip de hidrofon este verificată și are o anumită perspectivă practică. Următorul pas este de a îmbunătăți producția tubului dipol, de a optimiza sensibilitatea hidrofonului și de a lărgi banda de frecvență de lucru.
