بخشی از مقاله
چکیده
در سنسور برداری برای جهتیابی، مولفههای سرعت ذرهای به علاوه فشار اندازهگیری شده و سیگنال فشار به عنوان سیگنال مرجع قرار میگیرد. اما در این مقاله با قرار دادن یکی از مولفههای سرعت ذرهای را به عنوان سیگنال مرجع جهتیابی صورت میپذیرد. به این ترتیب بدون کاهش دقت جهتیابی، تعداد محاسبات کاهش می یابد. در این مقاله نتایج ساخت و تست سنسوری که مولفههای سرعت ذرهای در امتداد محورهای مختصات را اندازهگیری میکند، نشان داده میشود. همچنین در انتها نتایج تست و چگونگی تست شرح داده شده است.
واژههای کلیدی سرعت ذرهای، سنسور برداری، جهتیابی
مقدمه
در سامانههای سونار پسیو برای تخمین جهت اهداف از آرایهای از هیدروفونها استفاده میشود که هر هیدروفون در این آرایهها، همه جهته میباشد. این در حالی است که با استفاده از تنها یک سنسور برداری میتوان جهت منابع نویز را تشخیص داد. به این ترتیب یک سنسور با ابعاد کوچک میتواند جایگزین یک آرایه بزرگ شود. سنسور برداری علاوه بر فشار آکوستیکی، سرعت ذرهای را نیز اندازهگیری میکند و با اندازهگیری اطلاعات بیشتر نسبت به هیدروفونها کارایی سیستم افزایش مییابد.
با توجه به این که امواج آکوستیکی در سیال از نوع طولی میباشد، راستای جابهجایی سرعت ذرهای با راستای انتشار موج یکسان بوده و میتوان با اندازهگیری سرعت ذره، راستای انتشار موج را بدست آورد. سرعت ذره برای یک موج تخت آکوستیکی متناسب با اندازه فشار آکوستیکی باشد. حال اگر یک سرعت سنج در داخل جسم باشد میتوان راستا و مقدار سرعت ذرهای را اندازهگیری کرد.یک حسگر برداری آکوستیکی شامل یک حسگر همه جهته بعلاوه یک مجموعه سه تایی از حسگرهای سرعت است که بصورت عمود بر هم قرار داشته و در عمل طوری ساخته میشوند که از نظر هندسی میتوان همه آنها را، یک نقطه در نظر گرفت.
این حسگر بطور ذاتی دارای پاسخ جهتدار نسبت به میدان موج تولید شده توسط یک منبع میباشد. در سنسور برداری به منظور جهت یابی از سیگنال فشار به عنوان سیگنال مرجع استفاده میشود. در این مقاله تحت شرایط خاصی سیگنال سرعت در راستای محور z را به عنوان سیگنال مرجع قرار می دهیم. با حذف سیگنال فشار آکوستیکی، بدون این که دقت جهتیابی کاهش یابد، در تعداد محاسبات صرفه جویی می شود.
اولین بار مفهوم سنسورهای برداری توسط مطرح شد این کار شامل چگونگی عملکرد سنسورهای برداری بود. مفهوم و نحوه عملکرد سنسورهای برداری توسط در سال 1930 مورد بررسی قرار گرفت. olsen ثابت کرد که اگر بخواهیم پاسخ فرکانسی در یک پهنای باند وسیعی ثابت باشد، باید مولفههای سرعت ذرهای صوت را اندازهگیری کرد. سنسورهای برداری نسبت به هیدروفونها دارای پاسخ خطی در بازه وسیعی از فرکانس میباشند. دلیل این امر این است که سنسورهای برداری سرعت را اندازهگیری کرده و سرعت در سیستمهای صوتی مستقل از فرکانس میباشند.
ساختار یک سنسور برداری که مؤلفههای سرعت را اندازه میگیرد نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده میشود یک سنسور برداری شامل سه المان ژئوفون که مولفههای سرعت ذرهای را در امتداد محور خودشان اندازه میگیرند به اضافه یک هیدروفون همه جهته میباشد. ژئوفونها شامل یک قطب مغناطیسی به همراه یک یا چند سیمپیچ و چندین فنر هستند به این صورت که سیم پیچ ها درون یک میدان مغناطیسی معلق میباشند. با ورود یک سیگنال صوتی این سیم پیچ ها به دلیل تغییر فشار، به حرکت در میآیند و جریان الکتریکی در این سیم پیچ ها القا میشود. مقدار این جریان الکتریکی سرعت ذرهای در امتداد محور ژئوفون را نشان میدهد.
الگوی پرتو سنسور برداری
یک سنسور برداری از سه المان جهت اندازه گیری سرعت ذرهای صوت، به علاوه یک هیدروفون تشکیل شده است. سه المان سرعت، یکی در راستای محور x، دیگری در راستای محور y و بعدی در راستای محور z قرار دارد. به عنوان نمونه المانی که در راستای محور x قرار دارد مؤلفه سرعت ذرهای در امتداد محور x را اندازهگیری میکند و به این ترتیب مولفههای سرعت ذرهای در امتداد محورهای مختصات اندازهگیری میشود.الگوی پرتو یک سنسور برداری بدون هیدروفون را نشان میدهد. همان گونه که مشاهده میگردد در الگوی پرتو ابهام راست چپ وجود دارد.
ابهام راست چپ به این صورت است که اگر هدفی در زاویه سمت و هدف دیگری در زاویه سمت 360 قرار داشته باشد، سنسور برداری قادر به تفکیک این دو هدف از هم نخواهد بود. برای رفع این ابهام از یک هیدروفون استفاده میشود. در این حالت سیگنال هیدروفون به عنوان سیگنال مرجع در نظر گرفته میگردد. از آنجا که سیگنال هیدروفون در زاویه ابهام قرینه سیگنال سرعت ذرهای در زاویه ابهام است با جمع شدن سیگنال سرعت ذرهای با سیگنال هیدروفون سطح سیگنال در این زاویه کاهش مییابد.
