Ein-Richtung-kreisförmiger Hydrophonsensor

Einführung

Das kreisförmige Hydrophon ist eine häufig verwendete Art von Hydrophon, die im Allgemeinen in Niederfrequenzbanden verwendet wird. Es hat die Eigenschaften des Flachfrequenzgangs, der geringen Größe, der Empfindlichkeit mit geringer Beschleunigung, Nicht-Direktivität und einer guten Konsistenz. Die unidirektionalekreisförmiger HydrophonsensorIn diesem Artikel wird aus einem Dipol -Keramikrohr und einem Monopol -Keramikrohr hergestellt. Das durch den Dipol empfangene Signal wird in Phase verschoben und verstärkt, und dann wird das Signal mit der Monopol-Synthese empfangen, um eine herzförmige Direktivität zu bilden. Das unidirektionale kreisförmige Hydrophon ist klein und leicht. Als Piezoelement eines großen Empfangsarrays kann es das Gewicht des Arrays effektiv reduzieren. Insbesondere bei Verwendung in einem konformen Array kann es als virtuelle Schallwaffel fungieren und die Erkennung realisieren. Der Hafen und der Port sind unterschieden.

1 Theoretische Analyse

Das schematische Diagramm des unidirektionalen kreisförmigen Hydrophons ist in Abbildung 1 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das unidirektionale kreisförmige Rohrhydrophon die natürliche Verzeichnis des Dipols und die omnidirektionale Direktivität des Monopols verwendet, um die kardioidische Direktivität zu synthetisieren.

Im Niederfrequenzband beträgt der Phasenunterschied zwischen dem Monopol -Vibrationsmodus und dem Dipolvibrationsmodus des Piezo -Keramikrohrs von derselben Größe 90 °, so Gleichzeitig gibt es einen Unterschied in der Größe des empfangenen Signals zwischen den beiden, sodass die Amplitude des Dipols so verstärkt werden sollte Hydrophon ist herzförmig.

2 Finite -Elemente -Simulation vonUnidirektionales Hydrophon

Verwenden Sie ANSYS Finite -Elemente -Simulationssoftware, um ein Hydrophonmodell zu erstellen. Wie in Abbildung 2 gezeigt, ist das Blau ein Dipol, das Rot ist ein Monopol und das Rosa ist ein Wasserbereich. Die Verwendung symmetrischer Grenzen kann das Modell vereinfachen und nur 1/2 Modell erstellen. Das piezoelektrische Keramikmaterial ist PZT-5, die Größe Isφ20mm × φ18mm × 10 mm, seine Resonanzfrequenz bei 48 kHz.

Berechnen Sie gemäß der theoretischen Analyse zuerst die Phase und die Empfindlichkeit des Monopol- und Dipol -Empfangssignals, und die Ergebnisse sind in Abbildung 3 und Abbildung 4 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass in der Niederfrequenzbande der Phasenunterschied zwischen den Phasendifferenz zwischen Die Monopol- und Dipolstrahlung beträgt etwa 90 ° mit Schwankungen von 2,5 °. Veränderung der Sensitivitätsdifferenz. Die Linie hat eine minimale Steigung um 6 kHz. Daher kann die Mittelbetriebsfrequenz um 6 kHz festgelegt werden, die Dipolphasenverschiebung beträgt 90 Grad und die Amplitudenkompensation 10 Mal.

Gemäß der oben berechneten Phasenverschiebungs- und Amplitudenkompensation wird das unidirektionale kreisförmige Röhrchen simuliert und berechnet, und das Direktivitätsdiagramm ist in Abbildung 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Hydrophon die beste herzförmige Direktivität bei 6 kHz aufweist. Im Bereich von 4 kHz ~ 12 kHz, der Strahlungsunterschied vor und nach dem Hydrophon über 10 dB, kann berücksichtigt werden, dass das Hydrophon unidirektional ist und vorne und hinten unterscheiden kann.

3 Herstellung und Testen von unidirektionalem kreisförmigen Rohrhydrophon

Nach den Ergebnissen der Simulationsberechnung ist das tatsächliche Bild eines unidirektionalen kreisförmigen Rohrhydrophons in 6 dargestellt.

Messen Sie im anechoischen Pool, verwenden Sie die Akquisitionsplatte für die Datenerfassung und verwenden Sie MATLAB, um die erhaltenen Daten gemäß der durch die Simulation erhaltenen Phasenverschiebungs- und Amplitudenkompensation zu verarbeiten. Das erhaltene Direktivitätsdiagramm ist in 7 dargestellt.

Die gemessenen 4kHz ~ 12 kHz Richtungsgraphendaten des unidirektionalen kreisförmigen Rohrs sind im Grunde genommen mit der Simulation überein, aber der Differenzdifferenz vorderen und hinterher ist etwas kleiner als das Simulationsergebnis, das durch die große Dipol-Abbildung der Acht-Richtfähigkeit verursacht wird . Dieser Test überprüft, dass die unidirektionaleKreisrohrhydrophonsensorhat eine unidirektionale Leistung in Breitbande. Als empfangendes Array -Element kann es zwischen Steuerbord und Steuerbord unterscheiden.

4. Fazit

In diesem Artikel wird ein unidirektionales kreisförmiges Rohr entworfen. Unter Verwendung des Prinzips der Monopol- und Dipol -Direktivitätssynthese werden die Phasenkompensation und Amplitudenverstärkung am Dipol durchgeführt, und die Unidirektionalität in der Frequenzbande von 4kHz ~ 12 kHz kann erhalten werden. Schließlich besteht es den Test. Die Möglichkeit dieser Art von Hydrophon wird verifiziert und hat eine gewisse praktische Aussicht. Der nächste Schritt besteht darin, die Produktion des Dipolrohrs zu verbessern, die Empfindlichkeit des Hydrophons zu optimieren und das Arbeitsfrequenzband zu erweitern.