Sensor de hidrofone circular único direcional

Introdução

O hidrofone circular é um tipo de hidrofone comumente usado, que é geralmente usado em bandas de baixa frequência. Tem as características da resposta plana de frequência, tamanho pequeno, baixa sensibilidade de aceleração, não diretividade e boa consistência. O unidirecionalsensor de hidrofone circular.Introduzido neste artigo é feito de um tubo de cerâmica dipolo e um tubo de cerâmica de monopol. O sinal recebido pelo dipolo é fase deslocado e amplificado e, em seguida, o sinal é recebido com o monopole sintetizar para formar uma diretividade em forma de coração. O hidrofone circular unidirecional é pequeno em tamanho e luz em peso. Como o elemento piezo de uma grande matriz receptora, pode efetivamente reduzir o peso da matriz. Especialmente quando usado em uma matriz conformal, ele pode funcionar como um defletor de som virtual e realizar a detecção. O porto e o porto são distinguidos.

1 análise teórica

O diagrama esquemático do hidrofone circular unidirecional é mostrado na Figura 1. Pode-se ver que o hidrofone de tubo circular unidirecional usa a diretividade natural do dipolo e a diretividade omidirecional do monopol para sintetizar a diretividade cardiológica.

Na faixa de baixa frequência, a diferença de fase entre o modo de vibração do monopolo e o modo de vibração do dipolo do tubo de cerâmica piezo do mesmo tamanho é de 90 °, portanto, o tubo cerâmico de piezo dipolo pode ser compensado para fase de 90 °. Ao mesmo tempo, há uma diferença na magnitude do sinal recebido entre os dois, portanto, a amplitude do dipolo deve ser amplificada para que as ondas sonoras incidentes na direção de 180 ° canceleem uns aos outros e a diretividade do hidrofone é em forma de coração.

2 simulação de elemento finito dehidrofone unidirecional

Use o software de simulação de elementos finitos do Ansys para construir um modelo de hidrofone. Como mostrado na Figura 2, o azul é um dipolo, o vermelho é um monopolo, e o rosa é uma área de água. O uso de limites simétricos pode simplificar o modelo e só precisa criar 1/2 modelo. O material cerâmico piezoelétrico é PZT-5, o tamanho ISφ20mm × φ18mm × 10mm, sua frequência de ressonância é em 48khz.

De acordo com a análise teórica, primeiro calcule a fase e a sensibilidade do recebimento dos sinais de recebimento de monopol e dipolo respectivamente, e os resultados são mostrados na Figura 3 e na Figura 4. Pode ser visto que na faixa de baixa frequência, a diferença de fase entre Monopole e radiação dipolo é de cerca de 90 °, com flutuações de 2,5 °. Curva de mudança de diferença de sensibilidade. A linha tem um declive mínimo em torno de 6kHz. De acordo com isso, a freqüência de operação central pode ser ajustada em torno de 6KHz, a mudança de fase dipolo é de 90 graus, e a compensação da amplitude é 10 vezes.

De acordo com a compensação de mudança de fase e amplitude calculada acima, o tubo circular unidirecional é simulado e calculado, e o diagrama de diretividade é mostrado na Figura 5. Pode ser visto que o hidrofone tem a melhor diretividade em forma de coração a 6kHz. Na faixa de 4KHz ~ 12KHz, a diferença na radiação antes e depois do hidrofone acima de 10dB, pode-se considerar que o hidrofone tem unidirecionalidade e pode distinguir a frente e as costas.

3 Fazendo e testes de hidrofone de tubo circular unidirecional

De acordo com os resultados do cálculo da simulação, a imagem real de um hidrofone de tubo circular unidirecional é mostrada em 6.

Meça na piscina anecóica, use a placa de aquisição para aquisição de dados e use o Matlab para processar os dados obtidos de acordo com a compensação de deslocamento e amplitude de fase obtida pela simulação. O diagrama de diretividade obtido é mostrado em 7.

Os dados de gráfico direcional de 4KHz ~ 12KHz do tubo de circular unidirecional são basicamente consistentes com a simulação, mas a diferença de radiação dianteira e traseira é ligeiramente menor que o resultado da simulação, que é causado pela grande e pequena dipolo figura-da-oito diretividade . Este teste verifica que o unidirecionalsensor de hidrofone de tubo circularTem desempenho unidirecional de banda larga. Como um elemento de matriz recebendo, ele tem a capacidade de distinguir entre estibordo e estibordo.

4. Conclusão

Neste artigo, um tubo circular unidirecional é projetado. Usando o princípio da síntese de diretividade de monopol e dipolo, a compensação de fase e a amplificação da amplitude são realizadas no dipolo, e a unidirecionalidade na faixa de frequência de 4KHz ~ 12kHz pode ser obtida. Finalmente, passa o teste. A possibilidade desse tipo de hidrofone é verificada, e tem uma certa perspectiva prática. O próximo passo é melhorar a produção do tubo de dipolo, otimizar a sensibilidade do hidrofone e ampliar a faixa de freqüência de trabalho.