شماره ركورد
34899
پديد آورنده
مصيب شيري
عنوان
توسعه سنسور آكوستيك با دامنه و فركانس پايين
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- ساخت و توليد
سال تحصيل
1395
تاريخ دفاع
1404/11/6
استاد راهنما
نوروزمحمد نوري-محمد رياحي
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده مهندسي مكانيك
چكيده
تشخيص نويزهاي آكوستيكي با دامنه و فركانس پايين در محيطهاي زيرآبي بهدليل ميرايي بالا، وجود نويزهاي مزاحم و محدوديت عملكرد حسگرهاي موجود، همچنان يكي از چالشهاي مهم در آكوستيك دريايي است. در اين پژوهش، با هدف ارائه يك راهكار عملياتي براي پايش آكوستيكي در محدوده فشارهاي كمتر از 300 پاسكال و فركانسهاي فروصوتي (زير 14 هرتز)، يك حسگر فشار آكوستيكي مقاومتي طراحي و توسعه داده شد. ابتدا با بررسي نيازمنديهاي حوزههاي ارتباطات، پزشكي و سامانههاي دفاعي مشخص شد كه عليرغم اهميت حسگرهاي فشار با دامنه و فركانس پايين، اين حوزه كمتر مورد توجه قرار گرفته است. مرور فناوريهاي مختلف حسگري نشان داد كه روش پيزومقاومتي، بهدليل برخورداري از پاسخ خطي و ضريب بهره بالا در فركانسهاي پايين، گزينهاي مناسب براي كاربرد موردنظر است. بر اين اساس، طراحي مفهومي و مدلسازي عددي حسگر توسعه يافت و ساختار نانوكامپوزيتي گرافن-PDMS با فناوري حكاكي ليزري بهعنوان بستر فعال حسگر ساخته شد. دو پيكربندي با و بدون لايه تقويتي طراحي و نمونهسازي گرديد و الگوي مقاومتي مبتنيبر آرايش Rosette براي بهينهسازي پاسخ كرنشي بهكار گرفته شد. براي ارزيابي عملكرد حسگر، تجهيزات اندازهگيري و سامانه كاليبراسيون ويژه فشارهاي ديناميكي نيز طراحي و ساخته شد. نتايج آزمونهاي استاتيكي و ديناميكي شامل كشش، هيسترزيس، پايداري و پاسخ به سيگنالهاي تناوبي نشان دادند كه نمونه پايه داراي حساسيت mV/V/kPa 61.00 ، خطاي غيرخطي 0.08 % و هيسترزيس 0.22 % است؛ درحاليكه نمونه تقويتشده حساسيت بالاتري (68.28 mV/V/kPa) ارائه داد، اما ميزان هيسترزيس و غيرخطي بودن آن افزايش يافت. يافتهها بيانگر آن است كه ساختار پيشنهادي، با پايداري مناسب و قابليت عملكرد در شرايط واقعي، گزينهاي كارآمد براي كاربردهاي پايش صوتي در محيطهاي دريايي كمفشار و كمفركانس محسوب ميشود.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/13
عنوان به انگليسي
Development of an Acoustic Pressure Sensor for Low-Amplitude and Low-Frequency Applications
تاريخ بهره برداري
1/26/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مصيب شيري
چكيده به لاتين
The detection of low-amplitude and low-frequency acoustic noise in underwater environments poses a significant challenge due to high signal attenuation, background noise interference, and limited performance of conventional sensors. In this research, a resistive acoustic pressure sensor was designed and developed to provide a practical solution for detecting pressures below 3 Pa and infrasonic frequencies (below 14 Hz). Chapter 1 introduced the research problem, objectives, and the critical need for low-frequency, low-pressure sensors in various fields such as communication, medical technologies, and defense. Despite their importance, this area has received limited attention. In Chapter 2, a comprehensive literature review was conducted, and among various sensing mechanisms, the piezoresistive method was selected due to its linear response and high gain performance in the low-frequency range. In Chapter 3, a conceptual design and numerical modeling were conducted. A graphene-PDMS-based nanocomposite sensing structure was developed using a laser-engraved graphene (LEG) technique on a polyimide substrate. Two configurations of the sensor— with and without a reinforcement layer—were designed and fabricated. A Rosette-patterned resistive layout was implemented to optimize strain response. Chapter 4 focused on the design and fabrication of calibration and measurement setups, particularly for dynamic pressure assessment. Experimental results from static and dynamic tests, including tensile, hysteresis, cyclic stability, and sinusoidal pressure response, were analyzed. The baseline sensor exhibited a sensitivity of 61.00 mV/V/kPa, a non-linearity of 0.8%, and a hysteresis of 0.22%. The reinforced configuration showed improved sensitivity (67.28 mV/V/kPa) but also exhibited increased hysteresis and non-linearity. Chapter 5 provided a comprehensive conclusion, highlighted the innovations, and presented recommendations for future research. Overall, the proposed sensor demonstrates stable behavior, reliable response, and the potential for practical implementation in underwater low-pressure and low-frequency acoustic monitoring applications.
كليدواژه هاي فارسي
سنسور فشار آكوستيكي , فروصوت , نانوكامپوزيت گرافن-PDMS , پيزومقاومتي , حكاكي ليزري
كليدواژه هاي لاتين
Acoustic Pressure Sensor , Infrasound , Graphene–PDMS Nanocomposite , piezoresistive , Laser engraving
Author
Shiri
SuperVisor
Dr.Nouri_ Dr.Rriahi