Enkelriktad cirkulär hydrofonsensor

                                

Introduktion

 

Den cirkulära hydrofonen är en vanlig typ av hydrofon, som vanligtvis används i lågfrekvensband. Den har egenskaperna för platt frekvenssvar, liten storlek, låg accelerationskänslighet, icke-direktivitet och god konsistens. Det enkelriktade cirkulär hydrofonsensor som introduceras i denna artikel är gjord av ett dipolkeramiskt rör och ett monopolkeramiskt rör. Signalen som tas emot av dipolen fasförskjuts och förstärks, och sedan tas signalen emot med monopolen syntetiseras för att bilda en hjärtformad riktning. Den enkelriktade cirkulära hydrofonen är liten i storlek och lätt i vikt. Som piezoelementet i en stor mottagningsmatris kan det effektivt reducera matrisens vikt. Speciellt när den används i en konform array kan den fungera som en virtuell ljudbild och realisera detektering. Hamnen och hamnen skiljer sig åt.

 

1 Teoretisk analys

Det schematiska diagrammet för den enkelriktade cirkulära hydrofonen visas i figur 1. Det kan ses att den enkelriktade cirkulära rörhydrofonen använder dipolens naturliga riktning och monopolens rundstrålande riktning för att syntetisera kardioidriktningen.

 

I lågfrekvensbandet är fasskillnaden mellan monopolvibrationsläget och dipolvibrationsläget för det piezokeramiska röret av samma storlek 90°, så det dipolpiezokeramiska röret kan kompenseras för 90°-fas. Samtidigt finns det en skillnad i storleken på den mottagna signalen mellan de två, så dipolens amplitud bör förstärkas så att de infallande ljudvågorna i 180°-riktningen tar ut varandra, och hydrofonens riktning är hjärtformad.

 

2 Finita element simulering av enkelriktad hydrofon

Använd ANSYS finita element simuleringsprogram för att bygga en hydrofonmodell. Som visas i figur 2 är den blå en dipol, den röda är en monopol och den rosa är ett vattenområde. Användningen av symmetriska gränser kan förenkla modellen, och behöver bara bygga 1/2 modell. Det piezoelektriska keramiska materialet är PZT-5, storleken ärφ20mm×φ18mm×10mm, dess resonansfrekvens är 48kHz.

Enligt den teoretiska analysen, beräkna först fasen och mottagningskänsligheten för monopol- respektive dipolmottagningssignalerna, och resultaten visas i figur 3 och figur 4. Det kan ses att i det låga frekvensbandet är fasskillnaden mellan monopol- och dipolstrålning ca 90° av, med 2,5° fluktuationer. Känslighetsskillnadsförändringskurva. Linjen har en minsta lutning runt 6kHz. Enligt detta kan centrumdriftsfrekvensen ställas in kring 6kHz, dipolfasförskjutningen är 90 grader och amplitudkompensationen är 10 gånger.

Enligt fasförskjutnings- och amplitudkompensationen som beräknats ovan simuleras och beräknas det enkelriktade cirkulära röret och riktningsdiagrammet visas i figur 5. Det kan ses att hydrofonen har den bästa hjärtformade riktningen vid 6kHz. I intervallet 4kHz~12kHz, skillnaden i strålning före och efter hydrofonen Över 10dB, kan det anses att hydrofonen har enkelriktad och kan skilja fram och bak.

3 Tillverkning och testning av enkelriktad cirkulär tubhydrofon

Enligt resultaten av simuleringsberäkningen visas den faktiska bilden av en enkelriktad cirkulär tubhydrofon i 6.

Mät i den ekofria poolen, använd insamlingskortet för datainsamling och använd Matlab för att bearbeta de erhållna data enligt fasförskjutningen och amplitudkompensationen som erhålls genom simuleringen. Det erhållna riktningsdiagrammet visas i 7.

De uppmätta 4kHz~12kHz riktningsgrafdata för det enkelriktade cirkulära röret överensstämmer i princip med simuleringen, men den främre och bakre strålningsskillnaden är något mindre än simuleringsresultatet, vilket orsakas av den stora och lilla dipolsiffran åtta. Detta test verifierar att den enkelriktade cirkulärt rörs hydrofonsensor har bredbandig enkelriktad prestanda. Som ett mottagande array-element har det förmågan att skilja mellan styrbord och styrbord.

 

4 Slutsats

I detta papper är ett enkelriktat cirkulärt rör utformat. Genom att använda principen för monopol- och dipoldirektivitetssyntes utförs faskompensation och amplitudförstärkning på dipolen, och enkelriktadheten i frekvensbandet 4kHz~12kHz kan erhållas. Äntligen klarar den provet. Möjligheten för denna typ av hydrofon är verifierad, och den har en viss praktisk utsikt. Nästa steg är att förbättra produktionen av dipolröret, optimera hydrofonens känslighet och bredda arbetsfrekvensbandet.