Design and characterization of a magnetostrictive hydrophone for low-frequency, low-noise underwater acoustic sensing

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作者
Ehsan Vatankhah,Yuqi Meng,Zihuan Liu,Xiaoyu Niu,Neal A. Hall
出处
期刊:Journal of the Acoustical Society of America [Acoustical Society of America]
卷期号:159 (4): 3259-3276
标识
DOI:10.1121/10.0043465
摘要

This study presents the design, modeling, and experimental characterization of a magnetostrictive hydrophone capable of operation up to 5 kHz, below its fundamental mechanical resonance. The transducer incorporates a Terfenol-D core within a compliant, magnetically permeable steel housing that provides both mechanical prestress and tunable compliance through Belleville washer assemblies. To enable calibration without reliance on large open-water facilities, a tank-based measurement method is developed using burst-tone excitation and post-excitation ringdown analysis, which effectively eliminates electromagnetic interference. The measured sensitivity exhibits the expected +6 dB/octave increase with frequency below resonance and agrees closely with finite-element simulations and a reduced-order network model. The minimum detectable pressure, estimated from the modeled self-noise and sensitivity, remains below the Sea State 0 noise floor and is projected to outperform a commercial reference hydrophone across the sub-resonant band. These results confirm the viability of magnetostrictive transduction for low-noise underwater acoustic sensing. To the best of our knowledge, this work reports the first realization and validation of a hydrophone based on giant magnetostrictive materials, extending their application beyond power projection to precision underwater sound detection.
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