هيدروفون مقاوم للضغط يعتمد على غلاف كروي من السيراميك الكهرضغطي

على أساس مقاومة الضغط غلاف كروي من السيراميك الكهرضغطي بحد ذاته، وهو مقاوم للضغط. تم تصميم وتصنيع الهيدروفون باستخدام غلاف كروي من السيراميك الكهرضغطي يدعم الهواء بشكل شعاعي. محول كعنصر حساس صوتي. أولاً، تم تحليل الخصائص الصوتية مثل الدائرة المفتوحة ذات التردد المنخفض وحساسية الاستقبال وتردد الاهتزاز ومحاكاتها بطريقة العناصر المحدودة. ثم تم تحليل الأداء المقاوم للضغط مثل القوة والثبات، وتمت محاكاته أيضًا باستخدام برنامج FE. وأخيرًا، تم اختبار الأداء الصوتي ومقاومته للضغط. تظهر نتائج الاختبار أن قطر الهيدروفون المقاوم للضغط يبلغ 36 ملم، ويتراوح نطاق تردد عمله من 50 هرتز إلى 10 كيلو هرتز. تبلغ حساسية ضغط التردد المنخفض 198:4 ديسيبل (0 ديسيبل مرجع 1 فولت/باسكال)، ومستوى طيف الضوضاء 46.5 ديسيبل عند 1 كيلو هرتز، وعمق العمل 3000 متر. توفر هذه السماعة المائية المقاومة للضغط مرجعًا لتصميم السماعات المائية في المياه العميقة ولها قيمة تطبيقية مهمة في مجال الصوتيات في المياه العميقة.

 

مقدمة

 

منذ دخول القرن الحادي والعشرين، حظيت الأبحاث والتطوير في أعماق البحار باهتمام متزايد وأصبحت مجالًا ساخنًا للمنافسة بين البلدان. تعتبر الهيدروفونات المقاومة للضغط من المعدات التي لا غنى عنها لتنمية أعماق البحار. بالإضافة إلى ذلك، مع التطور السريع للتكنولوجيا العسكرية في مختلف البلدان، ظهرت العديد من المعدات تحت الماء مثل الغواصات والطوربيدات والمركبات الجوية بدون طيار تحت الماء (UUV)، والطائرات الشراعية تحت الماء (UUG)، والروبوتات تحت الماء (ROV)، والأهداف الغاطسة، وما إلى ذلك. ومع زيادة العمق، عادة ما تحتاج معدات المياه العميقة هذه إلى أن تكون مجهزة بسماعات مائية مقاومة للضغط يمكنها تلبية أعماق عملها. من أجل تحمل تأثيرات الضغط الهيدروستاتيكي العالي، تعتمد الهيدروفونات المقاومة للضغط عادةً هياكل خاصة مقاومة للضغط أو تصميمات توازن الضغط الداخلي والخارجي، مثل هياكل تخفيف الضغط أو تعويض الضغط، والهياكل المملوءة بالنفط والفائض، وما إلى ذلك. يمكن للهياكل المملوءة بالنفط والفائض أن تتحمل نظريًا الضغط الثابت لعمق البحر بأكمله، وهي أكثر الهياكل المقاومة للضغط استخدامًا للهيدروفونات المقاومة للضغط. تستخدم الهيدروفونات المقاومة للضغط في هذين الهيكلين بشكل عام أنبوب السيراميك الكهرضغطي كمحول استقبال. يتميز هذا المضخم الأنبوبي الخزفي الكهرضغطي بمزايا البنية والتكنولوجيا البسيطة، ولكنه يتميز أيضًا بمزايا حساسية جهد الدائرة المفتوحة المنخفضة التردد المنخفض. العيوب. يتم شق الأنبوب الكهرضغطي المستقطب شعاعيًا لتحسين حساسية الاستقبال، ولكنه أيضًا يضيق نطاق تردد العمل بشكل كبير، وهو 10/200 هرتز فقط. إذا كان نطاق تردد الاستقبال للأنبوب الدائري الخزفي الكهرضغطي الهيدروفوني قريبًا من تردد الرنين، على الرغم من إمكانية تحسين الحساسية، إلا أن نطاق تردد العمل الخاص به سيكون محدودًا للغاية، وسيتم فقدان تسطيح منحنى الحساسية. بالإضافة إلى محولات الطاقة الأنبوبية الدائرية الكهرضغطية، تُستخدم أيضًا محولات الطاقة ذات الغلاف الكروي الكهرضغطية بشكل شائع في استقبال محولات الطاقة لهيدروفونات الضغط الصوتي. يتمتع محول الطاقة الكروي الكهرضغطي بالعديد من المزايا مثل البنية البسيطة والعملية، والحساسية العالية، واتجاهية جيدة، وعرض النطاق الترددي لتردد العمل. والأهم من ذلك، أن خصائص المادة والبنية تحدد أن الغلاف الكروي الخزفي الكهرضغطي نفسه يتمتع بمقاومة عالية. بالإضافة إلى الهيكل المملوء بالزيت أو الفائض، يوفر هذا إمكانية أخرى لتصميم الهيدروفونات المقاومة للضغط، أي استخدام غلاف كروي كهروضغطي مدعوم بالهواء كمحول استقبال للهيدروفون المقاوم للضغط.

 

1 خصائص الاستقبال الصوتية محول قذيفة كروية كهرضغطية

 

 حساسية استقبال التردد المنخفض

 

مقيدة بالشكل وتكنولوجيا المعالجة، عادةً ما يكون للأغلفة الكروية الخزفية الكهرضغطية وضع استقطاب واحد فقط: الاستقطاب الشعاعي، والأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة موجودة على التوالي على الأسطح الداخلية والخارجية للغلاف الكروي. بالنسبة لمحول طاقة ذو غلاف كروي كهرضغطية بنصف قطر داخلي a ونصف قطر خارجي b، عند تعرضه لضغط صوتي p0 تردده أقل بكثير من تردده الجوهري، سيتم إنشاء فرق جهد V بين الأقطاب الكهربائية الداخلية والخارجية للغلاف الكروي الكهرضغطي. يتم التعبير عن حساسية الاستقبال للهيدروفون بشكل عام من خلال حساسية استقبال المجال الحر Me. يتم تعريف Me على أنها نسبة جهد الدائرة المفتوحة عند مخرج المضخم المائي إلى ضغط الصوت في المجال الحر عند موضع المضخم الصوتي في مجال الصوت. شكل الديسيبل الخاص به هو حساسية استقبال المجال الحر. . ولذلك، فإن الدائرة المفتوحة ذات التردد المنخفض تتلقى حساسية الجهد للقذيفة الكروية الكهرضغطية المدعومة بالهواء. في ظل فرضية أن المادة الكهرضغطية هي المادة المستخدمة في هذه المقالة، عندما يكون t ثابتًا، كلما كان b أكبر، أي كلما زاد القطر الخارجي للغلاف الكروي الكهرضغطي، زادت الحساسية؛ عندما تكون b مؤكدة وt 0.36، تكون الحساسية هي الأصغر، ويجب تجنب هذه النقطة في التصميم؛ عندما يكون b مؤكدًا وt <0:36، كلما كان t أصغر، أي كلما كانت القشرة الكروية الكهرضغطية أرق، زادت الحساسية.

 

1.2 تردد الرنين

 

للحصول على كهرضغطية رقيقة محول صوتي كروي تحت الماء ، تردده الرنيني في الهواء. يمكن ملاحظة أن تردد الرنين للغلاف الكروي الرقيق الكهرضغطي هو فقط متوسط ​​نصف قطره r وكثافة المادة s، معامل يونغ Y E11 وهو مرتبط بنسبة بواسون، وهو ما يعادل تبسيطها إلى غلاف كروي من مادة مرنة متناحية الخواص. يمكن ملاحظة أنه عند تحديد المادة الكهرضغطية، كلما زاد متوسط ​​نصف القطر r للغلاف الكروي، زادت نقطة الرنين وكان عرض نطاق العمل أوسع. عندما يكون في الماء، بسبب زيادة مقاومة الإشعاع لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي، سيكون تردد الرنين الخاص به أقل قليلاً من تردد الرنين في الهواء. عندما يتم استخدام الهيدروفون الكروي الكهرضغطي لاستقبال التردد المنخفض، من أجل ضمان تسطيح حساسيته، فإن تردد عمله يكون بعيدًا عن تردد الرنين. في الهندسة، من المطلوب عمومًا أن يكون تردد الرنين الخاص به على الأقل 5 أضعاف تردد الحد الأعلى لعمله.

 

 

 

2 تحليل أداء مقاومة الضغط لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي

 

تشمل أوضاع فشل الهياكل المقاومة للضغط بشكل أساسي فشل القوة، وفشل الصلابة، وفشل الاستقرار، وفشل التآكل. بالنسبة للهيدروفونات ذات العمق الكبير، فإن الحمل الذي تتحمله هو بشكل أساسي ضغط الماء الخارجي، وأنماط فشلها هي بشكل أساسي فشل القوة وفشل الاستقرار. تتم مناقشة حالتي الفشل لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي أدناه.

 

2.1 تحليل فشل القوة

يشير فشل القوة إلى ظاهرة حدوث تشوه أو كسر لا رجعة فيه بعد أن يتجاوز الحد الأقصى للضغط في الحاوية حد الخضوع، مما يتسبب في فقدان الحاوية لقدرتها على التحمل. الموافق لفشل القوة هو الحد الأقصى للضغط المسموح به لمحول الطاقة الكروي الكهرضغطي. وفقًا لنظرية القشرة الدوارة الخالية من العزم، تحت تأثير الضغط الخارجي p، ستنتج القشرة الكروية إجهاد شد محوري z وإجهاد شد طوقي، وكلاهما متساويان في القيمة. من بينها، D0 خارج القطر الكروي، الوحدة مم؛ هو سمك الغلاف الكروي، الوحدة مم. وفقا لنظرية الإجهاد الرئيسي الأقصى، يجب أن يكون تصميم الهيكل المقاوم للضغط مستوفيا. ومن بينها الإجهاد المسموح به. وفقًا للمعيار الوطني لبلدي GB 150.3، بالنسبة لمعيار المواد لقوة الخضوع لدرجة الحرارة العادية، فإن عامل الأمان هو ns = 1:5. قوة الخضوع لدرجات الحرارة العادية لمادة السيراميك الكهرضغطية P-51 المستخدمة في الغلاف الكروي الكهرضغطي هي Rel = 137:9 MPa، وبالتالي فإن الضغط المسموح به للمادة [] = Rel/ns = 91:9 MPa. باستبدال المعلمة t، يمكن الحصول على الحد الأقصى للضغط المسموح به لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي لأنه من السهل معرفة أنه كلما زادت نسبة t لسمك الغلاف الكروي إلى القطر الخارجي، كلما زادت قوة الغلاف الكروي الكهرضغطي وقدرته على مقاومة الضغط.

 

2.2 تحليل فشل الاستقرار

يشير فشل الاستقرار إلى ظاهرة تغير الحاوية من حالة توازن مستقرة إلى حالة أخرى غير مستقرة تحت تأثير الحمل الخارجي، ويتغير شكلها فجأة وتفقد قدرتها على العمل العادية. يقابل فشل الاستقرار عدم الاستقرار الحرج للضغط المسموح به لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي. وفقًا لنظرية التشوه الصغير، فإن ضغط عدم الاستقرار الحرج pcr للغلاف الكروي تحت قوة خارجية به خطأ كبير في هذه الصيغة، لذلك غالبًا ما يستخدم عامل أمان كبير للتعويض. وفقًا لـ GB 150.3، يتم أخذ عامل أمان الاستقرار على أنه m = 14:25، وبالتالي فإن الضغط الحرج المسموح به لعدم الاستقرار المحيطي [p] = pcr/m. باستبدال المعلمة t بنفس الطريقة، من السهل معرفة الضغط الحرج المسموح به لعدم الاستقرار المحيطي لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي. عندما يتم تحديد المادة الكهرضغطية، كلما زادت نسبة سمك الغلاف الكروي إلى القطر الخارجي، زاد الضغط. وكان الاستقرار ومقاومة الضغط لقذيفة الكرة الكهربائية أقوى.

 

3 محاكاة العناصر المحدودة

من التحليل أعلاه، بالنسبة لحساسية وتكرار عمل الغلاف الكروي الكهرضغطي، كلما كان القطر الخارجي أكبر، كلما كان ذلك أفضل؛ وبالنسبة لمقاومته للضغط، فكلما كان القطر الخارجي أصغر، زادت سماكته. انه جيد. أي أن الأداء الصوتي وأداء مقاومة الضغط متعارضان. مع الأخذ في الاعتبار متطلبات الأداء الصوتي ومقاومة الضغط، فضلاً عن صعوبة وتكلفة معالجة الغلاف الكروي (عادةً كلما كان القطر الخارجي أكبر، كلما زادت السماكة، وزادت صعوبة المعالجة وارتفعت التكلفة)، فإن نصف القطر الخارجي للغلاف الكروي التصميمي b = 15 مم، والسمك = 3 مم. المادة الكهرضغطية المستخدمة في الغلاف الكروي هي P-51، معاملها الكهرضغطي g33 = 25: 6 10 3 فولت م/ن، g31 = 9: 6 10 3 فولت م/ن، الكثافة s = 7600 كجم/م 3، معامل يونج Y E11 = 6:0 1010 باسكال، نسبة بواسون = 0:36.

 

3.1 محاكاة الخصائص الصوتية للقذيفة الكروية الكهرضغطية

من أجل التحقق من صحة تحليل خصائص الاستقبال الصوتية لمحول الطاقة ذو القشرة الكروية الكهرضغطية، تم استخدام طريقة تحليل العناصر المحدودة لنمذجة ومحاكاته، وتم استخدام برنامج المحاكاة COMSOL5.4.

 

3.1.1 تلقي محاكاة الحساسية

قم أولاً بإنشاء نموذج هيكل قذيفة كروية ثلاثي الأبعاد. من أجل تبسيط هندسة النمذجة وتسريع الحل، يقوم النموذج فقط بإنشاء 1/8 أغلفة كروية كهرضغطية ويستخدم 3 قيود تناظر مستوية لتحقيق غلاف كروي كامل. إنشاء نظام إحداثيات الاستقطاب الشعاعي للمواد الكهروضغطية في الإحداثيات الكروية واستخدام معلمات المواد للمادة الكهرضغطية P-51. اضبط الحمل الحدودي على أنه ضغط 0.1 ميجا باسكال على السطح الخارجي ولا يوجد ضغط على السطح الداخلي. ومن خلال إجراء تحليل مجال التردد، يتم حلها باعتبارها مشكلة الحالة المستقرة. يوضح الشكل 2 نتائج محاكاة التوزيع المحتمل للغلاف الكروي الكهرضغطي عند تعرضه لضغط بتردد 500 هرتز وضغط قدره 0.1 ميجا باسكال.

باستبدال الحجم ومعلمات المادة للغلاف الكروي الكهرضغطي في الصيغة، يمكن الحصول على الدائرة المفتوحة النظرية عندما تتعرض لضغط صوتي منخفض التردد يبلغ 0.1 ميجا باسكال

جهد الخرج هو 11.646 فولت. ويمكن أن نرى من الشكل 2 أنه عندما يتعرض الغلاف الكروي الكهرضغطي لضغط صوتي قدره 0.1 ميجا باسكال عند 500 هرتز، فإن نتيجة محاكاة جهد الخرج هي 11.632 فولت، وهو ما يتوافق مع القيمة النظرية. تبلغ حساسيتها في هذا الوقت 198.7 ديسيبل عند 500 هرتز (0 ديسيبل = 1 فولت/باسكال).

 

3.1.2 محاكاة تردد الرنين

يستخدم ما يلي أيضًا طريقة محاكاة العناصر المحدودة لمحاكاة تردد الرنين للغلاف الكروي الخزفي الكهرضغطي، ونطاق تردد المحاكاة هو 1 هرتز / 200 كيلو هرتز. أولاً، يتم تبسيط مادة الغلاف الكروي الكهروإجهادي إلى مادة مرنة متناحية الخواص، ويتم إجراء تحليل اكتساح التردد عليها، ويظهر في الشكل 3 منحنى استجابة التردد لتشوهه. وفقًا للصيغة (3)، يتم اشتقاق تردد الرنين fa للقذيفة الكروية الكهرضغطية في الهواء ليكون 58.557 كيلو هرتز. من الشكل 3، يمكن ملاحظة أن القيمة المحاكاة لتردد الرنين هي 58.9 كيلو هرتز، وهو ما يتوافق بشكل أساسي مع القيمة النظرية. تجدر الإشارة إلى أن الصيغة (3) ليست سوى حساب مبسط للغلاف الكروي الرقيق المتناحي الخواص، وأن مادة الغلاف الكروي الكهرضغطية ليست متناحية الخواص، والسمك سميك نسبيًا، والتطبيق المباشر للصيغة (3) سيكون له أخطاء معينة. إذا تم استبدال المعلمات الكاملة للسيراميك الكهرضغطي، يظهر في الشكل 4 منحنى استجابة التردد لحساسية جهد الدائرة المفتوحة. ويمكن أن نرى من الشكل 4 أنه في نطاق التردد 1 هرتز 10 كيلو هرتز، يكون منحنى حساسية الغلاف الكروي الكهرضغطي مسطحًا جدًا، مع حساسية تبلغ 198.7 ديسيبل، وهو ما يتوافق مع التحليل النظري. ويصبح تردد الرنين 72.1 كيلو هرتز، وهو أكبر قليلاً من نتيجة حساب الصيغة (3)، لكنه لا يؤثر على صحة الصيغة في التطبيقات الهندسية. نظرًا لأنه لا يمكن الحصول على معامل التخميد ذي الصلة للمادة الكهرضغطية، يتم ضبط عامل فقدان مصفوفة المرونة وعامل فقدان المصفوفة الكهرضغطية في النموذج على 0، مما يؤدي إلى محاكاة أن حساسية الغلاف الكروي الكهرضغطي عند تردد الرنين هي 155 ديسيبل، في الواقع يجب أن تكون الحساسية أقل من هذه القيمة.

3.2 محاكاة أداء مقاومة الضغط قذيفة كروية كهرضغطية

إن صيغة الحساب النظري لمقاومة الضغط في القسم 2 هي صيغة مبسطة تم تلخيصها لراحة التطبيق الهندسي، والقشرة الكروية الكهرضغطية الفعلية. سيتم فتح الثقوب بسبب احتياجات التثبيت، مما قد يتسبب في عدم توافق قدرة الضغط الفعلية مع نتائج الحساب النظري. من أجل الحصول على قدرة الضغط لمحول الطاقة الكروي الكهرضغطي بأكبر قدر ممكن من الدقة، تم إجراء المحاكاة الثابتة للهيكل ومحاكاة التواء القيمة الذاتية على التوالي من خلال برنامج تحليل العناصر المحدودة Workbench.

 

3.2.1 المحاكاة الهيكلية الساكنة

يمكن للمحاكاة الهيكلية الثابتة الحصول على توزيع الضغط في جميع أنحاء الهيكل عندما يكون الهيكل تحت الحمل. ولذلك فإن الحد الأقصى المسموح به من الإجهاد للمادة المعروفة هو

يمكن محاكاة الحد الأقصى للضغط المسموح به الذي يمكن أن يتحمله. يتم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للقذيفة الكروية، ويتم وضع فتحات التثبيت على نموذج القشرة الكروية. اعتماد قذيفة كروية

يتم استخدام طريقة السداسي لتقسيم الشبكة، ويتم وضع دعامات الأسطوانة على السطح الأسطواني والمستوى السفلي من فتحة التثبيت، ويتم تطبيق الضغط على السطح الخارجي لمحول الطاقة الكروي الكهرضغطي.

تغيير حجم الضغط بشكل مستمر، وإجراء التحليل الهيكلي الساكن عليه. وجدت المحاكاة أنه عندما يصل الضغط المطبق على السطح الخارجي إلى 28 ميجا باسكال، يحدث كهرضغطية

الحد الأقصى لضغط الغلاف الكروي هو 151 ميجا باسكال، ويظهر توزيع الإجهاد في الشكل 5 (من أجل تسهيل مراقبة الضغط الداخلي، يتم قطع الغلاف الكروي الكهرضغطي على طول الخط المركزي لإظهار

يعرض). تجدر الإشارة إلى أن الحد الأقصى للإجهاد يحدث فقط عند الخط الحدي للشريحة على فتحة التثبيت، ويكون الحد الأقصى للضغط في الأماكن الأخرى المتبقية أقل من هذا

يبلغ الضغط الآمن المسموح به للمادة الكهرضغطية 91.9 ميجا باسكال، وبالتالي فإن الحد الأقصى للضغط المسموح به للغلاف الكروي الكهرضغطي يمكن أن يصل إلى 28 ميجا باسكال وفقًا للمحاكاة. والجذر

وفقًا للصيغة (6)، يمكن الحصول على الحد الأقصى للضغط المسموح به لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي بمقدار 36.8 ميجا باسكال. يمكن ملاحظة أن قوة الضغط للغلاف الكروي بعد التثقيب أقل من القوة الكاملة

القوة النظرية للغلاف الكروي بأكمله. في المحاكاة، تتجاوز ظاهرة تركيز الإجهاد التي تظهر في أماكن قليلة في فتحة التثبيت إجهاد الأمان المسموح به، وما إذا كانت تؤثر على مقاومة الضغط للغلاف الكروي الكهرضغطي، فلا يزال يتعين التحقق منه عن طريق اختبار الضغط.

 

3.2.2 محاكاة التواء القيمة الذاتية

يمكن لمحاكاة الإبزيم ذات القيمة الذاتية الحصول على أوضاع الإبزيم للهياكل ذات القشرة الرقيقة وضغوط الإبزيم الحرجة المقابلة لها. تم تطبيق ضغط قدره 1 ميجا باسكال على السطح الخارجي لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي، وتم إجراء تحليل التواء القيمة الذاتية. تظهر نتائج المحاكاة أن وضع الإبزيم من الدرجة الأولى يظهر في الشكل 6، والرقم الموجي من الدرجة الأولى n = 4، وهو ما يتوافق مع خصائص عدم الاستقرار للغلاف الكروي. عامل حمل الإبزيم من الدرجة الأولى هو 3379، لذا فإن حمله الحرج من الدرجة الأولى هو 3379 ميجا باسكال. وبما أن الترتيب الأول هو أدنى قيمة لحمل الإبزيم، فهذا يعني أن هيكل الغلاف الكروي الكهرضغطي لن يكون مستقراً حتى يصل الضغط النظري إلى 3379 ميجاباسكال. وفقًا للصيغة (7)، يمكن الحصول على الضغط الحرج لعدم الاستقرار المحيطي لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي بقيمة 2970 ميجا باسكال، وهو ما يتوافق بشكل أساسي مع نتائج المحاكاة. أظهرت نتائج محاكاة العناصر المحدودة أن الحد الأقصى للضغط المسموح به لمحول الطاقة ذو الغلاف الكروي الكهرضغطي هو 28 ميجا باسكال، وضغط الانبعاج الحرج له هو 3379 ميجا باسكال، مما يشير إلى أنه عندما يستمر الضغط الخارجي في الزيادة، يتغير الغلاف الكروي الكهرضغطي، وأول ظهور لجهاز الطاقة هو فشل القوة، مما يدل أيضًا على أن عمق تحمل الجهد الآمن هو 2800 م.

 

4 تطوير واختبار أداء هيدروفون الضغط الكروي

4.1 تطوير هيدروفونات كروية مقاومة للضغط

في هذا البحث، يتم استخدام استقطاب هوائي مستقطب شعاعيًا يتم استخدام محول الطاقة الكروي الكهرضغطي كجهاز استشعار للاستقبال الصوتي، ويتم تصميم وتصنيع هيدروفون كروي مقاوم للضغط. يبلغ نصف القطر الخارجي للغلاف الكروي الكهرضغطي المستخدم في الغلاف الكروي المقاوم للضغط 15 مم، ويبلغ سمك الغلاف الكروي 3 مم، والمواد الخزفية الكهرضغطية المستخدمة في الغلاف الكروي هي P-51. الجزء الداخلي من الغلاف الكروي الكهرضغطي عبارة عن تجويف، والطبقة الخارجية مغطاة بطبقة من المطاط النفاذ للصوت للعزل والإغلاق والحماية. سمك المطاط النفاذ للصوت هو 3 ملم. الجسم المادي لمكبر الصوت الكروي المقاوم للضغط. يبلغ قطر الهيدروفون بالكامل 36 ملم.

 

 

4.2 اختبار أداء هيدروفون الضغط الكروي

 

4.2.1 تلقي اختبار الحساسية

يتم وضع الهيدروفون الكروي المقاوم للضغط النهائي في أنبوب موجة واقفة، ويتم اختبار حساسية استقبال الدائرة المفتوحة ذات التردد المنخفض من خلال طريقة المقارنة. مقاومة للكرة

يتم تعليق هيدروفون الضغط ومكبر الصوت القياسي على نفس الارتفاع في أنبوب الموجة الدائمة في نفس الوقت، مما يؤدي إلى تغيير تردد الانبعاث لمصدر صوت أنبوب الموجة الدائمة، وتسجيل كليهما في نفس الوقت

من خلال طريقة المقارنة، حساسية الاستقبال لل هيدروفون كروي مقاوم للضغط . ويتم الحصول على يمكن لأنبوب الموجة الدائمة المستخدم إنتاج مزيج من 501000 هرتز فقط

شبكة موجة دائمة، وبالتالي فإن نطاق تردد القياس هذه المرة هو 501000 هرتز. تظهر النتائج المقاسة لمنحنى الحساسية للهيدروفون المقاوم للضغط الكروي في الشكل 8

وتظهر نتيجة الاختبار أن حساسية الهيدروفونات الكروية المقاومة للضغط في نطاق التردد 501000 هرتز تبلغ حوالي 198.4 ديسيبل، وهو ما يتوافق بشكل أساسي مع القيمة النظرية. في

في نطاق 501000 هرتز، لا يتجاوز تقلب الحساسية 0.5 ديسيبل. لا يمكن معايرة أنبوب الموجة الدائمة إلا بأقل من 1 كيلو هرتز. بالنسبة لنطاق التردد من 1 كيلو هرتز إلى 10 كيلو هرتز، يتم إجراء القياس في خزان كاتم للصدى. ضع الهيدروفون الكروي المقاوم للضغط النهائي والمكبر المائي القياسي في نفس موضع الخزان كاتم للصدى، واستخدم مصدر الصوت لتشغيل إشارات أحادية التردد بترددات مختلفة، واستخدم طريقة المقارنة لإكمال قياس حساسية الاستقبال. يظهر الشكل 9 النتائج المقيسة لمنحنى حساسية الهيدروفونات المقاومة للضغط الكروي عند 1 كيلو هرتز و10 كيلو هرتز. ويمكن ملاحظة من نتائج الاختبار أن حساسية الهيدروفونات المقاومة للضغط الكروي في نطاق التردد 1 كيلو هرتز و10 كيلو هرتز تبلغ حوالي 198 ديسيبل، وهو ما يتوافق بشكل أساسي مع القيمة النظرية. في النطاق من 1 كيلو هرتز إلى 10 كيلو هرتز، لا يتجاوز تقلب الحساسية 1.4 ديسيبل.

 

4.2.2 اختبار الضوضاء الذاتية

 

من أجل ضمان قدرة المضخم الصوتي على التقاط الإشارات الصوتية الضعيفة، يجب أن يتمتع المضخم المائي بضوضاء ذاتية مكافئة أقل. هيدروفون الضغط الكروي

يتم وضعه في خزان مفرغ مع درع كهرومغناطيسي، وتخميد وتقليل الاهتزاز، ويتم إجراء اختبار الضوضاء الذاتية على بطاقة الحصول على الإشارة BK-3050 بضوضاء منخفضة للغاية.

يظهر طيف الضوضاء الذاتية المكافئ للهيدروفون المقاوم للضغط الكروي في الخط الأحمر الصلب في الشكل 10. الخط الأسود المنقط في الشكل 10 هو أول بحث عن ضوضاء المحيطات. مستوى طيف الضوضاء الخلفية للمحيطات في حالة البحر ذو المستوى 0 لخصه كوندسون [9]. وفقًا لمنحنى كوندسون، فإن الضوضاء الخلفية للمحيط تحت حالة البحر 0. ويبلغ مستوى طيف الصوت حوالي 44 ديسيبل@1 كيلو هرتز. تجدر الإشارة إلى أن هذه البيانات هي نتيجة بحث تم إجراؤه في عام 1948. وفي السنوات الأخيرة، مثل الشحن العالمي

مع التطور السريع، تتزايد الضوضاء الخلفية للمحيطات عامًا بعد عام. الخط الأزرق المنقط في الشكل 10 هو مستوى طيف ضوضاء الخلفية لبحر الصين الجنوبي في عام 2013 عند خط ظروف البحر عند المستوى 0، ويمكن ملاحظة أن مستوى طيف الضوضاء الذاتية المكافئ للهيدروفون المقاوم للضغط الكروي أقل من أو يساوي مستوى حالة البحر 0 في النطاق من 101500 هرتز. ضجيج المشهد أعلى قليلاً من ضوضاء خلفية المحيط في حالة البحر من المستوى 0 في النطاق من 1500 5000 هرتز. ويعادل طيف الضوضاء الذاتية عند 1000 هرتز. والمستوى 46.5 ديسيبل.

 

4.2.3 تحمل اختبار أداء الجهد

من أجل التحقق من قدرة مقاومة الضغط لل هيدروفون كروي مقاوم للضغط ، تم وضع عينة من الهيدروفون الكروي المقاوم للضغط في الأوتوكلاف لاختبار الضغط. لضمان السلامة، يتم ضغط نظام الاختبار بالماء عالي الضغط. وفقًا للتحليل السابق، تبلغ قدرتها على مقاومة الضغط الآمن 28 ميجا باسكال، وهو أقل من 1.5 مرة من عامل الأمان

والنتيجة التي تم الحصول عليها هي أن قدرة الضغط النهائي النظرية هي 42 ميجا باسكال. من أجل تحقيق التوازن بين السلامة وسهولة الاستخدام، تم التقريب هنا إلى

30 ميجا باسكال للاختبار. أثناء الاختبار، اضغط أولاً إلى 30 ميجا باسكال، واستمر في الضغط لمدة 3 ساعات، ثم حرر الضغط، وافحص المضخم المائي؛ ثم اضغط مرة أخرى إلى 30 ميجا باسكال، وكرر الاختبار 3 مرات. لم يحدث أي انخفاض كبير في الضغط خلال عملية الضغط بأكملها. بعد كل عملية ضغط، افحص المضخم المائي المراد اختباره. المظهر غير معطوب. يكون الوزن ثابتًا قبل الاختبار وبعده. ثم يتم اختبار الحساسية مرة أخرى في أنبوب الموجة الدائمة. تظهر نتيجة الاختبار أن الحساسية هي في الأساس نفس الحساسية قبل الضغط. وهذا يثبت أنه يمكنه تحمل ضغط الماء حتى 3000 متر.

 

5 الاستنتاج

في هذا البحث، تم استخدام مزيج من الصيغة النظرية ومحاكاة العناصر المحدودة، وهيكل والمادة الكروية الكهرضغطية لديها القدرة على مقاومة الضغط، ويتم استخدام محول الطاقة الكروي الكهروضغطي المدعوم بالهواء المستقطب شعاعيًا كعنصر حساس للاستقبال الصوتي. وصنع هيدروفونًا كرويًا مقاومًا للضغط. يبلغ قطر الهيدروفون الكروي المقاوم للضغط 36 مم، ونطاق تردد العمل 50 هرتز 10 كيلو هرتز، وحساسية التردد المنخفض 198.4 ديسيبل، ومستوى طيف الضوضاء الذاتي المكافئ 46.5 ديسيبل @ 1 كيلو هرتز، وعمق العمل 3000 متر. حصل مخطط الغلاف الكروي الكهرضغطي المدعوم بالهواء المستخدم في هذه الورقة على قدرة معينة على مقاومة الضغط في ظل حالة الحساسية العالية. إذا أردنا تحسين عمق مقاومة الضغط بشكل مستمر، فيجب فقدان الحساسية على حساب التكلفة. يمكن لهذا الحل تحقيق مقاومة محدودة للضغط نسبيًا. إذا كان الهيدروفون يحتاج إلى الحصول على مقاومة أكبر للضغط (مثل عمق البحر الكامل)، فمن الأفضل اختيار محلول مملوء بالزيت أو محلول فائض.