طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد هیدروفون خطی چندحالته مبتنی بر پیزوسرامیکهای چهارربعی

هیدروفونها به عنوان ابزارهای حیاتی در پایش صوتی زیرآب، در طیف گسترده ای از کاربردهای اقیانوسی، نظامی، زیستمحیطی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از چالش های اصلی در طراحی هیدروفون ها، به دست آوردن پاسخ فرکانسی مطلوب، حساسیت بالا، و توانایی تشخیص جهت ورود موج صوتی در قالبی جمع و جور و چندحالته است. در این پژوهش، با هدف ارتقای عملکرد سامانه های دریافتی، یک آرایه هیدروفون خطی متشکل از المان های پیزوسرامیکی چهارربعی طراحی، ساخته و مورد ارزیابی قرار گرفت. ساختار اصلی هیدروفون شامل آرایه های خطی از ۵۱ المان چهارربعی بود که هر یک توانایی دریافت چندگانه ی امواج صوتی را در چهار جهت مستقل دارا هستند. طراحی مکانیکی و الکتریکی با هدف حداکثر تطابق آکوستیکی، کاهش نویز داخلی و بهبود تحلیل زاویه ورود صورت گرفت. آزمایش های تجربی در استخر کالیبراسیون و شبیه سازی های عددی برای بررسی حساسیت، پاسخ فرکانسی، الگوی جهتی و عملکرد زاویه یابی انجام شد. پاسخ فرکانسی بهینه در محدوده ۰۴ تا ۰۵ کیلوهرتز با حساسیتی در حدود -۱۹۲ dB re ۱V/μPa ثبت شد. انطباق بالا بین ربعهای هر المان با انحراف کمتر از ۵.۱ dB و توانایی بازسازی زاویه ورود با خطای کمتر از ±۳ درجه، عملکرد موثر طراحی چندحالته را تایید کرد. الگوی پرتو باریک با پهنای نیم حدود ۰۱ درجه و شاخص جهتگیری بیش از ۸.۷ dB به دست آمد. نتایج حاصل نشان دهنده کارایی مطلوب و نوآورانه ی طراحی هیدروفون چندحالته مبتنی بر پیزوسرامیک های چهارربعی در محیط های زیرآبی است. این سامانه، با ارائه اطلاعات دقیق از شدت و جهت امواج، پتانسیل بالایی برای استفاده در سامانه های موقعیت یابی، پایش صوتی هوشمند و ربات های زیردریایی دارد.

کلیدواژه ها:

هیدروفون خطی ، پیزوسرامیک چهارربعی ، چندحالته ، پاسخ فرکانسی ، زاویه یابی صوتی