طراحی و شبیه سازی یک ترانسدیوسر سونار پهن باند و اعتبارسنجی با آزمایش های تجربی

دانش مبدل های صوتی پهن باند از فناوری های جدید و مهم در حوزه سونار محسوب می شود که با توجه به برخورداری کشور ایران از منابع آبی دریایی، اهمیت دوچندانی پیدا می کند. در این مقاله پس از مقایسه عملکرد انواع ترانسدیوسرها در این حوزه، یک ترانسدیوسر پهن باند با مشخصات امپدانسی و آکوستیکی معلوم که توانایی ارسال و دریافت امواج را دارد، طراحی، شبیه سازی، ساخته و تست شده است. در ابتدا، ابعاد کلی یک ترانسدیوسر پهن باند به کمک مدل سازی پارامتر متمرکز و مدار معادل الکتریکی تقریب زده شده و سپس با افزایش درجات آزادی مدل های تحلیلی، مشخصات تمام اجزای ترانسدیوسر در یک حالت بهینه برای داشتن پهنای باند بالا به دست آمده است. مدل طراحی شده، به کمک نرم افزار المان محدود کامسول مولتی فیزیک به صورت سه بعدی شبیه سازی شده تا در ضمن مقایسه با روش طراحی تحلیلی، حل دقیق تری صورت گرفته باشد. سرانجام ترانسدیوسر مذکور ساخته و تست شده است تا داده های تئوری به دست آمده با نتایج تجربی اعتبار سنجی شوند. نتایج حاصل از آزمایش های تجربی نشان می دهد که شبیه سازی انجام شده در نرم افزار کامسول مولتی فیزیک، با دقت مناسبی توانسته است فرکانس رزونانس و بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی ترانسدیوسر پهن باند مورد نظر را پیش بینی کند. خطای مدل سازی سه بعدی انجام شده در پیش بینی فرکانس رزونانس و بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی، به ترتیب 3.8% و 5.7% است. استفاده از روش های پارامتر متمرکز و مدار معادل الکتریکی هرچند تقریب اولیه ای برای ابعاد ترانسدیوسر به دست می دهد ولی در تعیین فرکانس رزونانس و محل رخ دادن بیشترین پاسخ ولتاژ ارسالی درصد خطای بیشتری نسبت به شبیه سازی المان محدود دارد.