Nuus

Jy is hier: Tuis / Nuus / Basiese beginsels van piëso-elektriese keramiek / isolasie weerstand en gemiddelde lewe van piëzo-elektriese keramiek hidrofoon

isolasie weerstand en gemiddelde lewe van piëzo-elektriese keramiek hidrofoon

Kyke: 45 Skrywer: Werfredakteur Publiseertyd: 2019-10-16 Oorsprong: Werf

Doen navraag

Piëso-elektriese keramiekhidrofone het 'n wye reeks toepassings in sonar as gevolg van hul platheid, stabiele werkverrigting en eenvoudige struktuur. Die belangrikste mislukkingsmodus van piëzo-elektriese keramiekhidrofone is die vermindering in die isolasieweerstand. Die gemiddelde isolasieweerstand van die hidrofoon word verminder om die gespesifiseerde mislukkingskriteria Rfc te oorskry, wat as 'n mislukking beoordeel word. Daarom is die bestudering van die variasie van die isolasieweerstand van piëso-elektriese keramiekhidrofoon, die invloed van isolasieweerstandvermindering op sensitiwiteit en die bepaling van gemiddelde lewensduur van groot belang vir die korrekte verstaan en bemeestering van die werkverrigting en betroubaarheidsindeks van hidrofoon. Die instandhouding en beskerming het ook sekere verwysingswaarde.

1 Die gemiddelde lewensduur van 'n hidrofoon
Volgens die betroubaarheidsteorie is die aantal piëzo-elektriese skyftransduktorprodukte is onder dieselfde toestande getoets, en die totale lewensduurdata is gemeet.Dan is die MTTF van die gemiddelde voorfouttyd waar r(t) die kumulatiewe aantal mislukkings van die produk gedurende die werksure van 0 tot t is. Wanneer die produk se lewensverspreiding die eksponensiële verspreiding gehoorsaam, is sy MTTF die wederkerige van die mislukkingsyfer λ (die waarskynlikheid van mislukking van die produk om op 'n sekere tyd te werk en die eenheidstyd daarna), dit wil sê, 1/λ. Hidrofone kan MTTF gebruik om hul gemiddelde lewe voor te stel. In ingenieurswese word die gemiddelde isolasie van al die hidrofone in die bondel dikwels gebruik, en die weerstand Rm word verminder tot die tyd tav van die foutstandaard Rfc as die gemiddelde lewensduur. In die Rfc-waarde was sommige hidrofone foutief. Alhoewel ander hidrofone normaal kan werk, sal hul sensitiwiteit skerp daal in die lae frekwensieband, wat 'n ernstige impak op die werkverrigting van die ontvangerskikking sal hê. Daarom moet dit so gou as moontlik vervang word. .

2 hidrofoon isolasie weerstand

2.1 Meganisme en wet van die afname van isolasieweerstand

Die kernkomponent van 'n piëso-elektriese keramiekhidrofoon is 'n piëso-elektriese keramiekkomponent. Wanneer die piëzo-elektriese keramiekkomponent gedroog word, is die isolasieweerstand hoog, en wanneer watermolekules infiltreer, is die isolasieweerstand laer. Hoe meer watermolekules infiltreer, hoe meer daal die isolasieweerstand. Piëso-elektriese keramiekhidrofone werk vir baie jare in die water. Die piëzo-elektriese keramiekkomponente word omhul deur waterdigte materiale (soos neopreen, poliuretaan, ens.), maar watermolekules gaan altyd deur die oppervlak van hierdie materiale of twee materiale. Die bindingsoppervlak dring in die oppervlak en binnekant van die piëso-elektriese keramiekkomponent binne, sodat die isolasieweerstand van die hidrofoon laer is. Hoe langer die hidrofoon gebruik word, hoe meer watermolekules versamel op die oppervlak en binnekant van die piëzo-keramiekkomponent, en hoe groter die isolasieweerstand is, hoe meer funksioneer die hidrofoon. Uit bogenoemde ontleding kan gesien word dat die daling in die isolasieweerstand van die hidrofoon onvermydelik en onomkeerbaar is. Ons kan nie toelaat dat die isolasieweerstand van die hidrofoon nie daal nie, al wat ons kan doen is om die spoed van die daling te vertraag. Die verlangsaming van die isolasieweerstand beteken 'n toename in die lewensduur van die hidrofoon. Die volgende meting kan gebruik word om die weerstand van die hidrofoon-isolasieweerstand te vertraag (1) Die gebruik van piëzo-elektriese keramiekkomponente met lae vogabsorpsie. Oor die algemeen is materiale met hoër digtheid minder higroskopies as materiale met laer digtheid. Die algemeen gebruikte PZT piëso-elektriese keramiekmateriaal het 'n digtheid van 7,8 g/cm3, en die selde gebruikte bariumtitanaat piëso-elektriese keramiekmateriaal het 'n digtheid van 5,7 g/cm3, en laasgenoemde het 'n baie groter 'higroskopisiteit'; 2) Gebruik waterdigte materiale met lae waterdeurlaatbaarheid; (3) Verbetering van die vervaardigingsproses van hidrofone, en ontvang dikwels ooglopende effekte. Vir 'n enkele piëzokeramiese hidrofoon kan ons nie die wet van sy isolasieweerstanddaling voorspel nie, en dit kan ook nie voorspel wanneer dit sal misluk nie. Maar vir 'n bondel hidrofone, en die aantal van hierdie hidrofone is groot, sal hul isolasieweerstand 'n sekere wet volg, die sogenaamde statistiese wet. Om eers na 'n voorbeeld te kyk, alhoewel dit nie prakties is nie, is dit uit die werklikheid geabstraheer en het 'n praktiese basis. hidrofone in gebruik geneem word, en die standaard Rfc = 0.5 MΩ vir die bepaling van die wanfunksie van die hidrofoon word aanvaar. In die vroeë dae van gebruik is 'n tipiese verspreiding van die isolasieweerstand van die hidrofoon gemeet. Die meeste van die hidrofone het 'n isolasieweerstand Rm groter as of gelyk aan 100 MΩ, terwyl 50 piezo-keramiekskyfsensor is onderhewig aan eksponensiële wette. Dit wil sê, by 'n sekere temperatuur geld die volgende formule.

2.2 Isolasieweerstand en hidrofoonsensitiwiteit

Uit die ekwivalente stroombaananalise kan die hidrofoon-isolasieweerstand as parallel aan die twee ente van die hidrofoon beskou word. Soos die aantal watermolekules wat die oppervlak van die piëzo-keramiekelement en die interne water deur die waterdigte bedekkingsmateriaal en die bindlaag deurdring, toeneem, sal die isolasieweerstand Rm van die hidrofoon voortdurend afneem. Verlaag die Rm tot 'n sekere vlak sal die hidrofoon sensitiwiteit verminder. Hoe laer die bedryfsfrekwensie, hoe groter is die vermindering in M. Die ekwivalente stroombaandiagram van die piëso-elektriese keramiekhidrofoon kan in die vorm van 'n konstante stroombron gegee word, en kan ook in die vorm van 'n konstante spanningsbron gegee word. Die konstante spanning bron is ekwivalent stroombaan diagram toon die simulasie en werklike meting resultate van die sensitiwiteit vermindering van 'n hidrofoon onder die verskillende isolasie weerstande. Beide teoretiese berekeninge en werklike metings bewys dat hoe kleiner die statiese kapasitansie van die hidrofoon, hoe groter is die impak van die afname in Rm op M. Aangesien die statiese kapasitansie van die hidrofoon getoets word baie groot is, tot 100000 pF, het die vermindering in isolasieweerstand Rm 'n relatief klein effek op die sensitiwiteit daarvan. Wanneer Rm ≥ 10 kΩ, is die effek op M weglaatbaar; wanneer Rm < 10 kΩ, sal dit 'n groot effek op M hê, en die hidrofoon word as 'n fout beoordeel. Ons noem die isolasieweerstandwaarde wat die fout van die hidrofoon bepaal as die foutwaarde Rf. In die voorbeeld hierbo is Rf = 10 kΩ.

Natuurlik, as die statiese kapasitansie van die hidrofoon 10000 pF is, sal die sensitiwiteit aansienlik beïnvloed word wanneer die isolasieweerstand minder as 100 kΩ is. Op hierdie tydstip is Rf=100 kΩ. Op grond van bogenoemde resultate en die waarde van die sensitiwiteit van die hidrofoon wat die sonarmasjien toelaat, kan die mislukkingskriterium Rfc bepaal word. Rfc moet meer as 10 keer groter as Rf wees, om te verseker dat die gemiddelde isolasieweerstand van alle hidrofone op die skikking naby aan Rfc is, die aantal hidrofone waarvan die isolasieweerstand Rm minder as Rf is, dit wil sê die aantal fouthidrofone is hees. Binne die omvang wat deur die hele masjien toegelaat word. Daarbenewens word die hidrofoon onder die waterlyn van die skip geïnstalleer. Sodra gevind word dat die hidrofoon foutief is, is dit oor die algemeen nodig om te wag totdat die skip vasgemeer is om die hidrofoonvervanging te implementeer, so daar is 'n vertraging. Gedurende hierdie vertragingstyd sal die isolasieweerstand van die hidrofoon aanhou daal. Daarom moet die foutstandaard Rfc hoër gestel word om te verseker dat die hidrofoon normaal gebruik kan word voor vervanging. Daarbenewens het die isolasieweerstand van die hidrofoon 'n goeie verhouding met die omgewingstemperatuur, en dit moet ten volle oorweeg word wanneer die foutstandaard Rfc van die hidrofoon bepaal word.

2.3 Verwantskap tussen isolasieweerstand en omgewingstemperatuur

Die isolasie weerstand van piëzokeramiese skyf transducer is nou verwant aan die omgewingstemperatuur: die omgewingstemperatuur styg, die isolasie weerstand verminder, Beide teorie en 'n groot aantal praktyke het bewys dat die verband tussen die isolasie weerstand Rm van die piëzo-elektriese keramiek hidrofoon. die omgewingstemperatuur is soortgelyk aan die verband tussen die gebruikstyd en die eksponensiële wet. In die formule is Rmo die isolasieweerstand gemeet by die verwysingstemperatuur t0; k3 is die I-tipe temperatuurkoëffisiënt. Net so kan die bogenoemde formule ook in 'n meer gerieflike en intuïtiewe vorm geskryf word, k4 = exp(−k3), wat 'n tipe II temperatuurkoëffisiënt is, dan mo R ≈ R k , gemodifiseerde bariumtitanaat piëso-elektriese keramiekhidrofoon .Simulasieresultate en gemete resultate van die verband tussen isolasieweerstand en omgewingstemperatuur. Die meetresultate is naby aan die simulasieresultate, k4 = 0.94 ~ 0.95 / 1 °C. Die simulasieresultate en meetresultate van die verband tussen die isolasieweerstand van PZT piëso-elektriese keramiekhidrofoon en die omgewingstemperatuur word getoon. Die toetsresultate is ook naby aan die simulasieresultate, k4=0.90~0.94/1°C. Die verband tussen die isolasieweerstand van die piëso-elektriese keramiekhidrofoon en die gebruikstyd is onomkeerbaar; anders is die verhouding tussen die isolasieweerstand van die piëso-elektriese keramiekhidrofoon en die omgewingstemperatuur omkeerbaar, dit wil sê wanneer die omgewingstemperatuur terugkeer na sy oorspronklike waarde, sy isolasie .

Die weerstand sal ook terugkeer na sy oorspronklike waarde. Die isolasieweerstand van die hidrofoon wissel baie met die omgewingstemperatuur. Vir elke styging van 11 °C in omgewingstemperatuur word die isolasieweerstand met ongeveer die helfte verminder. In vergelyking met die gemodifiseerde bariumtitanaat piëso-elektriese keramiekhidrofoon, sal die isolasieweerstand van die PZT piëso-elektriese keramiekhidrofoon meer verander met die omgewingstemperatuur. Die bogenoemde variasiereëls is verskillend vir verskillende tipes en verskillende spesifikasies van piëzo-elektriese keramiekmateriale van verskillende strukture en verskillende waterdigte deklaagmateriale, wat deur eksperimente bepaal moet word. Wanneer die foutstandaard Rfc van 'n piëzo-elektriese keramiekhidrofoon bepaal word, moet die verband tussen die isolasieweerstand van die hidrofoon en die omgewingstemperatuur volledig in ag geneem word. Vir toerusting met hoë betroubaarheidsvereistes, moet die Rfc van die ondersteunende hidrofoon by die hoogste omgewingstemperatuur (byvoorbeeld 30 °C) bepaal word. Dus, wanneer die omgewingstemperatuur daal, sal die isolasieweerstand van die hidrofoon net toeneem, en sal dit nie normale gebruik beïnvloed nie.

Die hoofmodus van piëzo-elektriese keramiekhidrofone is die vermindering van isolasieweerstand. Die meganisme is dat watermolekules in die oppervlak en binnekant van piëzo-keramiekkomponente dring deur die waterdigte deklaagmateriaal en die bindlaag. Die isolasieweerstand neem af met die toenemende gebruikstyd en voldoen aan die eksponensiële wet. Die isolasieweerstand neem af namate die omgewingstemperatuur toeneem, en voldoen ook aan die eksponensiële wet. Wanneer die isolasieweerstand tot 'n sekere vlak verminder word, sal dit 'n beduidende impak op die sensitiwiteit van die hidrofoon hê, en selfs erger in die lae frekwensie-reeks. Prakties is dit gerieflik om die gemiddelde tyd van die daling van die gemiddelde isolasieweerstand van 'n bondel hidrofone tot die gespesifiseerde mislukkingstandaard te definieer. By die bepaling van die foutstandaard, gebaseer op die verhouding tussen die isolasieweerstand van die hidrofoon en die sensitiwiteit, word die verhouding tussen die isolasieweerstand van die hidrofoon en die omgewingstemperatuur volledig in ag geneem, en die vertraging tussen die mislukking van die hidrofoon en die implementering van die vervanging word gevind, en die fout word toepaslik verhoog.