Capteur d'hydrophone circulaire unique

Introduction

L'hydrophone circulaire est un type d'hydrophone couramment utilisé, qui est généralement utilisé dans les bandes à basse fréquence. Il a les caractéristiques de la réponse en fréquence plate, de la petite taille, de la faible sensibilité à l'accélération, de la non-direction et de la bonne cohérence. Le unidirectionnelcapteur d'hydrophone circulaireIntroduit dans cet article est composé d'un tube en céramique dipolaire et d'un tube en céramique monopole. Le signal reçu par le dipôle est décalé et amplifié, puis le signal est reçu avec la synthétise monopole pour former une directivité en forme de cœur. L'hydrophone circulaire unidirectionnel est de petite taille et de poids léger. En tant qu'élément piézéant d'un grand réseau de réception, il peut réduire efficacement le poids du tableau. Surtout lorsqu'il est utilisé dans un tableau conforme, il peut fonctionner comme un déflecteur de son virtuel et réaliser la détection. Le port et le port se distinguent.

1 analyse théorique

Le diagramme schématique de l'hydrophone circulaire unidirectionnel est illustré à la figure 1. On peut voir que l'hydrophone du tube circulaire unidirectionnel utilise la directivité naturelle du dipôle et la directivité omnidirectionnelle du monopole pour synthétiser la directivité cardioïde.

Dans la bande basse fréquence, la différence de phase entre le mode de vibration monopole et le mode de vibration dipolaire du tube en céramique piézo de la même taille est de 90 °, de sorte que le tube en céramique piézo dipolaire peut être compensé pendant une phase de 90 °. Dans le même temps, il y a une différence dans l'ampleur du signal reçu entre les deux, de sorte que l'amplitude du dipôle doit être amplifiée de sorte que les ondes sonores incidentes dans la direction de 180 ° s'annulent et la directivité de la directivité de la direction du L'hydrophone est en forme de cœur.

2 simulation par éléments finis dehydrophone unidirectionnel

Utilisez un logiciel de simulation à éléments finis ANSYS pour construire un modèle d'hydrophone. Comme le montre la figure 2, le bleu est un dipôle, le rouge est un monopole et le rose est une zone d'eau. L'utilisation de limites symétriques peut simplifier le modèle et n'a besoin que de construire un modèle 1/2. Le matériau en céramique piézoélectrique est PZT-5, la taille est de 20 mm × φ18 mm × 10 mm, sa fréquence de résonance est à 48 kHz.

Selon l'analyse théorique, calculez d'abord la phase et la sensibilité à la réception des signaux de réception monopole et dipôle respectivement, et les résultats sont présentés sur les figures 3 et 4. On peut voir que dans la bande basse fréquence, la différence de phase entre Le rayonnement monopole et dipôle est d'environ 90 °, avec des fluctuations de 2,5 °. Courbe de changement de différence de sensibilité. La ligne a une pente minimale autour de 6 kHz. Selon cela, la fréquence de fonctionnement du centre peut être réglée autour de 6 kHz, le décalage de phase dipolaire est de 90 degrés et la compensation d'amplitude est 10 fois.

Selon le décalage de phase et la compensation d'amplitude calculés ci-dessus, le tube circulaire unidirectionnel est simulé et calculé, et le diagramme de directivité est illustré à la figure 5. On peut voir que l'hydrophone a la meilleure directivité en forme de cœur à 6 kHz. Dans la plage de 4 kHz ~ 12 kHz, la différence de rayonnement avant et après l'hydrophone supérieur à 10 dB, on peut considérer que l'hydrophone a une unidirectionnalité et peut distinguer l'avant et l'arrière.

3 Faire et test de l'hydrophone de tube circulaire unidirectionnel

Selon les résultats du calcul de simulation, l'image réelle d'un hydrophone à tube circulaire unidirectionnel est représentée dans 6.

Mesurez dans le pool anéchoïque, utilisez la carte d'acquisition pour l'acquisition de données et utilisez MATLAB pour traiter les données obtenues en fonction du décalage de phase et de la compensation d'amplitude obtenus par la simulation. Le diagramme de directivité obtenu est indiqué dans 7.

Les données de graphe directionnelle mesurées de 4KHz ~ 12 kHz du tube circulaire unidirectionnel sont essentiellement cohérentes avec la simulation, mais la différence de rayonnement avant et arrière est légèrement plus petite que le résultat de la simulation, qui est causée par la directive de la grande et petite dipolaire de huit . Ce test vérifie que l'unidirectioncapteur d'hydrophone de tube circulairea des performances unidirectionnelles à large bande. En tant qu'élément de tableau de réception, il a la capacité de faire la distinction entre tribord et tribord.

4. Conclusion

Dans cet article, un tube circulaire unidirectionnel est conçu. En utilisant le principe de la synthèse de la directivité monopole et dipolaire, la compensation de phase et l'amplification d'amplitude sont effectuées sur le dipôle, et l'unidirectionnalité dans la bande de fréquence de 4 kHz ~ 12 kHz peut être obtenue. Enfin, il passe le test. La possibilité de ce type d'hydrophone est vérifiée et a une certaine perspective pratique. L'étape suivante consiste à améliorer la production du tube dipolaire, à optimiser la sensibilité de l'hydrophone et à élargir la bande de fréquences de travail.