Однонаправленный круглый гидрофонный датчик

Введение

Круглый гидрофон является широко используемым типом гидрофона, который обычно используется в низкочастотных полосах. Он имеет характеристики плоской частотной реакции, небольшого размера, низкой чувствительности к ускорению, негативности и хорошей согласованности. ОднонаправленныйКруглый гидрофонный датчикВведенная в этой статье сделана из дипольной керамической трубки и монопольной керамической трубки. Сигнал, полученный диполем, сдвигается и усилен фазой, а затем сигнал принимается с синтезом монополя, образуя направленность в форме сердца. Однонаправленный круговой гидрофон невелик по размеру и свету по весу. Как пьезо элемент большого приемного массива, он может эффективно снизить вес массива. Особенно при использовании в конформной массиве, он может функционировать как виртуальная звуковая перегородка и реализовать обнаружение. Порт и порт отличаются.

1 Теоретический анализ

Схематическая диаграмма однонаправленного кругового гидрофона показана на рисунке 1. Видно, что однонаправленный гидрофон круговой трубки использует естественную направленность диполя и вспоминающую направления монопола для синтезирования сердечности.

В низкочастотной полосе разность фаз между режимом монопольной вибрации и режимом дипольной вибрации пьезо керамической трубки того же размера составляет 90 °, поэтому дипольная пьезо керамическая трубка может быть компенсирована для фазы 90 °. В то же время существует разница в величине полученного сигнала между ними, поэтому амплитуда диполя должна быть усилена, так что падающие звуковые волны в направлении 180 ° отменяют друг друга и направленность Гидрофон в форме сердца.

2 моделирование конечного элементаоднонаправленный гидрофон

Используйте программное обеспечение для моделирования конечных элементов ANSYS для создания гидрофона. Как показано на рисунке 2, синий - диполь, красный - монополь, а розовый - это вода. Использование симметричных границ может упростить модель и необходимо построить только 1/2 модели. Пьезоэлектрический керамический материал представляет собой PZT-5, размер ISφ20 мм × φ18 мм × 10 мм, его резонансная частота составляет 48 кГц.

Согласно теоретическому анализу, сначала вычислите фазу и получение чувствительности монопольных и дипольных сигналов соответственно, и результаты показаны на рисунке 3 и на рисунке 4. Видно, что в диапазоне низкочастот в разнице фазы между Монопольное и дипольное излучение составляет около 90 °, с колебаниями 2,5 °. Кривая изменения разности чувствительности. Линия имеет минимальный наклон около 6 кГц. Согласно этому, центральная частота центра может быть установлена ​​около 6 кГц, сдвиг дипольной фазы составляет 90 градусов, а компенсация амплитуды составляет 10 раз.

В соответствии с фазовым сдвигом и компенсацией амплитуды, рассчитанной выше, моделируется и рассчитывается однонаправленная круговая трубка, а диаграмма направления показана на рисунке 5. Видно, что гидрофон имеет лучшую направленность в форме сердца при 6 кГц. В диапазоне 4 кГц ~ 12 кГц разница в радиации до и после гидрофона выше 10 дБ можно считать, что гидрофон имеет однонаправленность и может различать спереди и сзади.

3 Создание и тестирование однонаправленного гидрофона круговой трубки

Согласно результатам расчета моделирования, фактическая картина однонаправленной круговой трубки показана в 6.

Измерение в анехозном пуле, используйте доску сбора данных для сбора данных и используйте MATLAB для обработки полученных данных в соответствии с сдвигом фазы и компенсацией амплитуды, полученной с помощью моделирования. Полученная диаграмма направления показана в 7.

Измеренные данные направленного графика 4 кГц ~ 12 кГц в однонаправленной круглой трубке в основном согласуются с моделированием, но разница в переднем и заднем излучения немного меньше, чем результат моделирования, что вызвано большой и небольшой дипольной фигурой восьмой, направленной Анкет Этот тест подтверждает, что однонаправленныйдатчик гидрофона круговой трубыимеет широкополосную однонаправленную производительность. Как приемный массив, он обладает способностью различать правый борт и правый борт.

4. Вывод

В этой статье разработана однонаправленная круговая трубка. Используя принцип синтеза направления монополя и дипольной направления, на диполе выполняются компенсация фазы и амплитуда амплитуды, и может быть получена однонаправленность в полосе частот 4 кГц ~ 12 кГц. Наконец, он проходит тест. Возможность такого рода гидрофона подтверждается, и она имеет определенную практическую перспективу. Следующим шагом является улучшение производства дипольной трубки, оптимизировать чувствительность гидрофона и расширить полосу рабочей частоты.