طراحی و شبیه‌سازی یک ترانسدیوسر سونار پهن‌باند و اعتبارسنجی با آزمایش‌های تجربی

Abstract

دانش مبدل‌های صوتی پهن‌باند از فناوری‌های جدید و مهم در حوزه سونار محسوب می‌شود که با توجه به برخورداری کشور ایران از منابع آبی دریایی، اهمیت دوچندانی پیدا می‌کند. در این مقاله پس از مقایسه عملکرد انواع ترانسدیوسرها در این حوزه، یک ترانسدیوسر پهن‌باند با مشخصات امپدانسی و آکوستیکی معلوم که توانایی ارسال و دریافت امواج را دارد، طراحی، شبیه‌سازی، ساخته و تست شده است. در ابتدا، ابعاد کلی یک ترانسدیوسر پهن‌باند به کمک مدل‌سازی پارامتر متمرکز و مدار معادل الکتریکی تقریب زده شده و سپس با افزایش درجات آزادی مدل‌های تحلیلی، مشخصات تمام اجزای ترانسدیوسر در یک حالت بهینه برای داشتن پهنای باند بالا به دست آمده است. مدل طراحی‌شده، به کمک نرم‌افزار المان محدود کامسول مولتی‌فیزیک به‌صورت سه بعدی شبیه‌سازی ‌شده تا در ضمن مقایسه با روش طراحی تحلیلی، حل دقیق‌تری صورت گرفته باشد. سرانجام ترانسدیوسر مذکور ساخته و تست شده‌است تا داده‌های تئوری به‌دست‌آمده با نتایج تجربی اعتبار سنجی شوند. نتایج حاصل از آزمایش‌های تجربی نشان می‌دهد که شبیه‌سازی انجام شده در نرم‌افزار کامسول مولتی‌فیزیک، با دقت مناسبی توانسته است فرکانس رزونانس و بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی ترانسدیوسر پهن‌باند مورد نظر را پیش‌بینی کند. خطای مدل‌سازی سه بعدی انجام شده در پیش‌بینی فرکانس رزونانس و بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی، به ترتیب 3.8% و 5.7% است. استفاده از روش‌های پارامتر متمرکز و مدار معادل الکتریکی هرچند تقریب اولیه‌ای برای ابعاد ترانسدیوسر به دست می‌دهد ولی در تعیین فرکانس رزونانس و محل رخ دادن بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی درصد خطای بیشتری نسبت به شبیه‌سازی المان محدود دارد.