Однонаправлений круговий гідрофонний датчик

                                

вступ

 

Круговий гідрофон — це широко використовуваний тип гідрофона, який зазвичай використовується в діапазонах низьких частот. Він має плоску частотну характеристику, малий розмір, низьку чутливість до прискорення, неспрямованість і хорошу консистенцію. Односпрямований круговий гідрофонний датчик, представлений у цій статті, складається з дипольної керамічної трубки та монопольної керамічної трубки. Сигнал, отриманий диполем, зсувається по фазі та посилюється, а потім сигнал приймається монополем, синтезуючи для формування спрямованості у формі серця. Однонаправлений круговий гідрофон має невеликі розміри і малу вагу. Як п’єзоелемент великої приймальної матриці, він може ефективно зменшити вагу масиву. Особливо, коли використовується в конформному масиві, він може функціонувати як віртуальний звуковий екран і реалізувати виявлення. Розрізняють порт і порт.

 

1 Теоретичний аналіз

Схематична діаграма односпрямованого кругового гідрофону показана на малюнку 1. Можна побачити, що односпрямований круглий трубковий гідрофон використовує природну спрямованість диполя та всенаправлену спрямованість монополя для синтезу кардіоїдної спрямованості.

 

У смузі низьких частот різниця фаз між режимом монопольної вібрації та дипольною модою вібрації п’єзокерамічної трубки того самого розміру становить 90°, тому дипольна п’єзокерамічна трубка може бути компенсована за фазу 90°. У той же час існує різниця в величині отриманого сигналу між ними, тому амплітуду диполя слід посилити так, щоб падаючі звукові хвилі в напрямку 180° нейтралізували одна одну, а спрямованість гідрофона мала форму серця.

 

2 Моделювання методом кінцевих елементів однонаправлений гідрофон

Використовуйте програмне забезпечення моделювання кінцевих елементів ANSYS для створення моделі гідрофону. Як показано на малюнку 2, синій колір — це диполь, червоний — монополь, а рожевий — акваторія. Використання симетричних меж може спростити модель, і потрібно побудувати лише 1/2 моделі. П'єзоелектричний керамічний матеріал PZT-5, розмір φ20 мм × φ18 мм × 10 мм, його резонансна частота становить 48 кГц.

Згідно з теоретичним аналізом, спочатку розрахуйте фазу та чутливість прийому монопольного та дипольного сигналів прийому відповідно, і результати показані на рисунку 3 та малюнку 4. Можна побачити, що в діапазоні низьких частот різниця фаз між монопольним та дипольним випромінюванням становить приблизно 90°, з коливаннями 2,5°. Крива зміни різниці чутливості. Лінія має мінімальний нахил близько 6 кГц. Відповідно до цього, центральна робоча частота може бути встановлена ​​близько 6 кГц, фазовий зсув диполя становить 90 градусів, а компенсація амплітуди становить 10 разів.

Згідно з розрахованими вище фазовим зсувом і компенсацією амплітуди, односпрямована кругла трубка змодельована та розрахована, а діаграма спрямованості показана на малюнку 5. Можна побачити, що гідрофон має найкращу спрямованість у формі серця на 6 кГц. У діапазоні 4 кГц ~ 12 кГц різниця у випромінюванні до та після гідрофону Вище 10 дБ можна вважати, що гідрофон має односпрямованість і може розрізняти передню та задню частину.

3 Виготовлення та випробування односпрямованого трубчастого гідрофону

За результатами моделювання розрахунку фактичне зображення односпрямованого круглого трубкового гідрофону показано на рис. 6.

Вимірюйте в басейні безехової сигналізації, використовуйте плату збору даних для збору даних і використовуйте Matlab для обробки отриманих даних відповідно до фазового зсуву та компенсації амплітуди, отриманих за допомогою моделювання. Отримана діаграма спрямованості показана на 7.

Виміряні дані направленого графіка 4 кГц ~ 12 кГц односпрямованої круглої труби в основному відповідають моделюванню, але різниця переднього та заднього випромінювання дещо менша, ніж результат моделювання, що спричинено великою та малою дипольною спрямованістю у формі вісімки. Цей тест перевіряє односпрямованість круглий трубчастий гідрофонний датчик має широкосмугову односпрямовану продуктивність. Як приймальний елемент масиву, він має здатність розрізняти правий борт і правий борт.

 

4 Висновок

У цій статті розроблено односпрямовану круглу трубу. Використовуючи принцип синтезу монопольної та дипольної спрямованості, фазова компенсація та посилення амплітуди виконуються на диполі, і можна отримати односпрямованість у смузі частот 4 кГц ~ 12 кГц. Нарешті, він пройшов випробування. Можливість такого гідрофону перевірена, і він має певну практичну перспективу. Наступним кроком є ​​вдосконалення виробництва дипольної трубки, оптимізація чутливості гідрофону та розширення робочої смуги частот.