CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SENSOR THỦY ÂM CHỦ ĐỘNG CHO HỆ THỐNG LIÊN LẠC VÀ ĐIỀU KHIỂN DƯỚI NƯỚC
3.2.3 Đặc trưng hướng của sensor.
Mỗi loại sensor khác nhau có những đặc trưng hướng khác nhau trong mặt phẳng ngang và đứng. Trên hình 3.7 biểu diễn đặc trưng hướng của một loại sensor siêu âm, đẳng hướng ở mặt phẳng nằm ngang và số 8 ở mặt phẳng thẳng đứng.
Hình 3.7: Đặc trưng hướng của một loại sensor siêu âm, đẳng hướng ở mặt phẳng nằm ngang(a) và dạng số 8 ở mặt phẳng thẳng đứng(b)
Độ nhạy của các sensor áp điện là điện áp nhận được trên lối ra của chúng, khi tác động lên bề mặt làm việc một áp suất âm, trong phạm vi vài chục đến vài trăm µv/N. Độ rộng dải thông tần:
Trong đó fc là tần số cắt của sensor. [9]
Độ rộng góc α (hình 3.7 b) của giản đồ hướng xác định vùng bức xạ có hướng trong hướng đã cho.
Tỷ số: Rα = Aα/Amax trong đó Aα là cường độ tín hiệu theo hướng α, Amax là cường độ tín hiệu ở hướng cực đại được gọi là đặc trưng hướng của sensor. Tính chất hướng của sensor có hướng so với sensor vô hướng khi cùng công suất bức xạ.
Hệ số tập trung, đối với sensor dạng phẳng:
γa = 4πs/Λ2 (3.4) Đối với sensor dạng trụ:
γa = 2h/Λ (3.5) Trong đó:
Λ: là bước sóng làm việc [m]
s: là diện tích mặt làm việc của Sensor [m2] h: là chiều cao của hình trụ [m]
Như vậy, hệ số tập trung năng lượng tỷ lệ với tần số. Tính chất định hướng của các sensor siêu âm có ý nghĩa thực tế là ngoài việc tăng công suất phát, tập trung năng lượng thu, nó còn có một chức năng cực kỳ quan trọng để giảm tối đa ảnh hưởng của giao thoa đa tia tại điểm thu.
Điều kiện đặc biệt quan trọng cần quan tâm tại điểm thu, đó là mức nhiễu tạp, mà đôi khi được gọi là mức tạp riêng của sensor siêu âm. Giá trị của nhiễu này và quy luật biến đổi theo tần số phụ thuộc vào cấu trúc của loại sensor, vị trí đặt, tính chất sử dụng, tính chất hướng và một loạt yếu tố khác,...
Trong những sensor thu thông tin đặt gần bờ, mức tạp nhiễu riêng của sensor bằng mức tạp của môi trường (hình 3.8).
Hình 3.8: Mức tạp nhiễu riêng của sensor siêu âm đặt ở khu vực nước sâu
Nhiễu riêng của biển (đơn vị dB đối với 1W/m2) ở tần số và dải thông tần đã cho được tính bằng công thức:
Nc = N1KHz – 20lgf + 10lg∆f – 10lgγ (3.6) Trong đó:
N1KHz là cường độ nhiễu tạp riêng trên tần số 1 kz trong dải tần 1Hz khi thu vô hướng, [dB] đối với 1Watt/1m2.
f là tần số làm việc, [kHz].
∆f là dải thông tần số của tuyến thu, [Hz]. γ là hệ số tập trung.
Biểu thức (3.6) cho thấy tính chất đặc biệt của việc truyền và thu tín hiệu theo kênh thuỷ âm được xác định bởi cấu trúc, tính chất sử dụng và các tham số của các sensor âm được dùng.
