شبيه سازي و بهبود عملكرد ترانسديوسر تانپيلز به روش اجزا محدود و مقايسه آن با نتايج عملي تست هاي الكتروآكوستيكي

Simulation and optimization of Tonpilz transducer by FEM and comparing the results with electroacoustic tests

آكوستيك زيرآبي، به علت كاربردهاي زيادي كه دارد، به موضوعي پراهميت براي محققان بدل شده است. چيدماني از ترانسديوسرهاي الكتروآكوستيكي، كه آرايه ناميده مي شود، به عنوان ابزارهاي فرستنده و گيرنده امواج صوتي در زير آب مورد استفاده قرار مي گيرند. پركاربردترين ترانسديوسر مورد استفاده در آرايه ها، ترانسديوسر تانپيلز است. براي طراحي و تحليل اين ترانسديوسرها مي توان از روش هاي مختلف تحليلي يا حل عددي استفاده كرد. در اين مقاله تلاش شده با استفاده از مدل اجزا محدود، رفتار اين ترانسديوسر به طور كامل شبيه سازي شده و مهم ترين پارامترهاي سنجش عملكرد آن مورد بررسي قرار گيرند. همچنين، براي صحت سنجي مدل اجزا محدود، نمونه اين ترانسديوسر نيز ساخته شده و مورد تست هاي الكتروآكوستيكي قرار مي-گيرد. با مقايسه نتايج مدل شبيه سازي شده با مدل تست شده، مشاهده مي شود كه مدل اجزا محدود مي تواند رفتار الكتريكي و آكوستيكي ترانسديوسر را به خوبي پيش بيني كند. ضمن اينكه افزودن عوامل ميراكننده به سيستم مي-تواند باعث افزايش پهناي باند فركانسي شود. در نهايت سعي شده تا با ايجاد تغييراتي در ساختار ترانسديوسر، پاسخ فركانسي آن ها تا حد امكان بهبود داده شود.

Systems of recognition and location identification of underwater moving bodies which using acoustic waves are called sonar. Electroacoustic transducers have an important role in underwater communication systems such as Sonar. A set of electroacoustic transducers which is called sonar array, can be used for sending and receiving underwatersound. The most widely used transducer in these arrays areTonpilz transducer. In this paper, a full simulation of Tonpilz transducer is given and the most important factors for evaluating transducer performance are checked experimentally and numerically. Also for validation of finite element model, the sample of transducer was designed and made. This transducer was tested in two methods, electrically and acoustically. Electrical behavior was tested by Impedance gain analyzer devise. Acoustic test was carried in the acoustic pool. Then the result of FEM compared with experimental results. With comparing FEM results and tested model, it is observed that the finite element model can predict electrical and acoustical behavior of Tonpilz transducer so well. Finally it is tried to improve frequency response of transducer with making changes in the structure. While the addition of damping factors can increase frequency bandwidth.