Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1395
4
1
gregorian
2016
7
1
16
5
online
1
fulltext
fa
طراحی و شبیهسازی یک ترانسدیوسر سونار پهنباند و اعتبارسنجی با آزمایشهای تجربی
Design and Simulation of a Broadband Sonar Transducer and the Experimental Validation
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.
Knowledge of broadband transducers is a new technology in the field of sonar science. Considering that Iran has sea water resources, its importance becomes more and more. In this article, after studying the performance of the kinds of transducers in the field of sonar transducers, a proper broadband transducer with the specific impedance and acoustical characteristics that can send and receive signals, is designed, simulated, fabricated and tested. At first, overall dimension of a broadband transducer with lumped parameter model and electrical equivalent circuit model was approximated and then, with increasing the degrees of freedom of analytical models, all characteristics of the optimum transducer parts were obtained in order to have a large bandwidth. By using a finite element software (COMSOL Multiphysics), the designed model was simulated and the obtained results have been compared with analytical design solution. Finally, the transducer was fabricated and tested in order to the modeled and simulated data be validated with practical ones. The obtained experimental results showed that the simulation with COMSOL Multiphysics can predict the resonance frequency and maximum transmitting voltage response (TVR) of the broad bandwidth transducer with a reasonable precision. The prediction error of resonance frequency and maximum TVR by COMSOL is 3.8% and 5.7%, respectively. The use of lumped parameter and electrical equivalent circuit models, however, gives an initial approximation for transducer dimensions, but in determination of the resonance frequency and the frequency of maximum TVR has a higher error in comparison with the finite element method.
ترانسدیوسر,تانپیلز,فرکانس رزونانس,امپدانس الکتریکی,پاسخ ولتاژ ارسالی
Transducer,Tonpilz,Resonance Frequency,Electrical Impedance,Transmitting Voltage Response
290
296
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-15-1000-6327&slc_lang=fa&sid=15
Amin
Yousefi
امین
یوسفی
100319475328460062212
100319475328460062212
No
دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه یزد
Mohammad Mahdi
Abootorabi Zarchi
محمد مهدی
ابوترابی
100319475328460062193
100319475328460062193
Yes
Assist. Prof., Mech. Eng., Yazd Univ., Yazd, Iran
استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد