Utvikling av akustisk multifrekvens fisketelemetrimottaker

Hovedmålet med arbeidet har vært å utvikle en fungerende multifrekvens fisketelemetrimottaker, og arbeidet bygger videre på resultater fra prosjektoppgave utført høsten 2012. Multifrekvens signalmottak avhenger av at transduceren har tilstrekkelig følsomhet i det aktuelle frekvensområdet. Derfor er det blitt gjort kartlegging og modellering av transducerens frekvensrespons. Dette innebærer målinger både uten innkapsling (i luft) og med innkapsling (i luft og vann). Transduceren som i utgangspunktet ble brukt i TBR-700 var en piezoelektrisk sylinder med lengde 12,5 mm, diameter 13,6 mm og tykkelse 1 mm. Målinger av transducerens frekvensrespons uten innkapsling i luft viste to resonansfrekvenser i området 60-80 kHz der mottakeren er tenkt å operere. Årsaken til dette viste seg å være koblede vibrasjoner i lengde- og radiellretning, som er sterkest når forholdet mellom lengde og diameter er i nærheten av π/2. I tillegg til den ekstra resonanstoppen viser teoretiske betraktninger at forskyvningene i lengde- og radiellretning vil være i motfase ved den aktuelle resonanstoppen. Dette ble observert ved at den effektive koblingskoeffisienten var vesentlig lavere enn materialets koblingskoeffisient. På grunn av disse oppdagelsene ble det gjort en teoretisk analyse som viste at det kunne være hensiktsmessig å redusere lengden til transduceren. Målinger på transducer med lengde 8 mm viste økt effektiv koblingskoeffisient og den ekstra resonanstoppen ble mye mindre dominerende og forflyttet seg ut av det aktuelle frekvensområdet. Mindre lengde reduserer arealet og kapasitansen til transduceren, men det kan motvirkes ved å benytte to kortere transducere mekanisk isolert, koblet i parallell og plassert ovenfor hverandre. Tester gjort med forenklet innkapsling (bare den delen der transduceren sitter) viste at den mekaniske resonansfrekvensen flyttet seg nedover i spekteret fra 66,6 til rundt 60 kHz for transducer med lengde 8 mm. Hvis man tuner ut kapasitansen til transduceren ved resonans, vil da følsomhetsområdet bli sentrert rundt 60 kHz. Noen metoder for å flytte det oppover i spekteret igjen kan være reduksjon av sylinderens radius, endre innkapsling eller velge lavere verdi på spolen brukt i tuningen. Målinger gjort på transducer (lengde 8 mm) montert i komplett innkapsling viste en frekvensrespons som lignet på en kombinasjon av responsen målt for transducer med og uten forenklet innkapsling. Dette tyder på at det kan bli gjort optimaliseringer av selve innkapslingen eller i teknikk brukt for å feste transduceren. Isolasjon av en enkelt resonanstopp vil være en fordel ettersom det vil forenkle designet og gi jevnere mottakerfølsomhet. Det har blitt realisert en fysisk mottaker som har blitt testet i sjø. Testene viser mottak av ping på alle testfrekvensene som lå i området 63-75 kHz, og loggen fra flashminnet viser sekvenser der ping fra to sendere blir detektert om hverandre og dekodet riktig. Likevel er det ping som burde blitt godkjent som ikke blir registrert. Det kan tyde på at triggernivåene trenger mer tuning. I valg av kommunikasjonsteknikk må en ta hensyn til karakteristikken til undervannslinken der systemet skal brukes, men også hvilke muligheter og begrensninger mottakeren og senderne har. De mest aktuelle teknikkene i første om gang ser ut til å være OFDM og FSK. Algoritmen som er implementert benytter puls-posisjonsmodulasjon på flere parallelle ortogonale frekvenskanaler (OFDM), men fortsatt støtter bare hver enkelt sender én frekvens. En forbedring kan for eksempel være å konfigurere senderne til å benytte flere frekvenser og dermed øke dataraten. FSK («frequency shift keying») er et alternativ, som ofte blir brukt framfor PSK («phase shift keying») hvis det er nødvendig med en robust teknikk og det er tilstrekkelig båndbredde tilgjengelig. En fordel med både FSK og OFDM er at de kan utnytte den effektive DFT-algoritmen implementert i mottakeren.