Устойлівы да ціску гідрафон на аснове п'езаэлектрычнай керамічнай сферычнай абалонкі

На падставе ўстойлівасці да ціску сама п'езаэлектрычная керамічная сферычная абалонка, устойлівы да ціску гідрафон быў распрацаваны і выраблены з выкарыстаннем п'езаэлектрычнай керамічнай сферычнай абалонкі.пераўтваральніка з радыяльна-палюснай падкладкай у якасці акустычнага адчувальнага элемента. Па-першае, былі прааналізаваны і змадэляваны метадам канечных элементаў акустычныя характарыстыкі, такія як нізкачашчынная адчувальнасць разрыву ланцуга і частата вібрацыі. Затым былі прааналізаваны характарыстыкі ўстойлівасці да ціску, такія як трываласць і стабільнасць, таксама змадэляваныя з дапамогай праграмнага забеспячэння FE. Нарэшце, былі правераны яго акустычныя характарыстыкі і ўстойлівасць да ціску. Вынікі выпрабаванняў паказваюць, што дыяметр ціскаўстойлівага гідрафона складае 36 мм, а яго працоўны дыяпазон частот - ад 50 Гц да 10 кГц. Адчувальнасць да нізкачашчыннага ціску складае 198:4 дБ (0 дБ аднос. 1 В/Па), узровень спектру шуму складае 46,5 дБ пры 1 кГц, а яго рабочая глыбіня складае 3000 м. Гэты ўстойлівы да ціску гідрафон з'яўляецца эталонам для распрацоўкі глыбакаводных гідрафонаў і мае важнае прымяненне ў галіне глыбакаводнай акустыкі.

 

увядзенне

 

З уваходжаннем у XXI стагоддзе глыбакаводным даследаванням і распрацоўкам надаецца ўсё больш увагі і яны сталі гарачай зонай канкурэнцыі паміж краінамі. Гідрафоны, устойлівыя да ціску, з'яўляюцца незаменным абсталяваннем для глыбакаводных распрацовак. Акрамя таго, з хуткім развіццём ваенных тэхналогій у розных краінах, рознае падводнае абсталяванне, такое як падводныя лодкі, тарпеды, падводныя беспілотныя лятальныя апараты (UUV), падводныя планёры (UUG), падводныя робаты (ROV), падводныя мэты і г.д. З павелічэннем глыбіні гэта глыбакаводнае абсталяванне звычайна неабходна абсталяваць гідрафонамі, устойлівымі да ціску, якія могуць адпавядаць іх рабочым глыбіням. Каб супрацьстаяць уздзеянню высокага гідрастатычнага ціску, гідрафоны, устойлівыя да ціску, звычайна маюць спецыяльныя ўстойлівыя да ціску структуры або канструкцыі балансу ўнутранага і вонкавага ціску, такія як канструкцыі для скіду ці кампенсацыі ціску, напоўненыя маслам, пераліўныя канструкцыі і г. д. Масланапоўненыя і пераліўныя канструкцыі тэарэтычна могуць вытрымліваць статычны ціск на ўсёй марской глыбіні і з'яўляюцца найбольш часта выкарыстоўванымі ўстойлівымі да ціску структурамі. гідрафоны. Устойлівыя да ціску гідрафоны гэтых дзвюх структур звычайна выкарыстоўваюць п'езаэлектрычную керамічную трубку ў якасці прыёмнага пераўтваральніка. Гэты гідрафон з п'езаэлектрычнай керамічнай трубкай мае перавагі простай структуры і тэхналогіі, але таксама мае перавагі нізкай нізкачашчыннай адчувальнасці да напружання холадна. Недахопы. Радыяльна палярызаваная п'езаэлектрычная трубка разрэзана для паляпшэння адчувальнасці прыёму, але гэта таксама значна звужае працоўны дыяпазон частот, які складае ўсяго 10/200 Гц. Калі паласа частот прыёму гідрафона з п'езаэлектрычнай керамічнай круглай трубкай знаходзіцца побач з яго рэзананснай частатой, хоць адчувальнасць можна палепшыць, яго рабочая паласа частот будзе моцна абмежавана, і плоскасць крывой адчувальнасці будзе страчана. У дадатак да п'езаэлектрычных пераўтваральнікаў з круглай трубкай, п'езаэлектрычныя пераўтваральнікі са сферычнай абалонкай таксама звычайна выкарыстоўваюцца ў якасці прыёмных пераўтваральнікаў для гідрафонаў акустычнага ціску. П'езаэлектрычны пераўтваральнік са сферычнай абалонкай мае шмат пераваг, такіх як простая структура і працэс, высокая адчувальнасць, добрая ўсенакіраванасць і прапускная здольнасць працоўнай частаты. Што яшчэ больш важна, характарыстыкі матэрыялу і структуры вызначаюць, што п'езаэлектрычная керамічная сферычная абалонка сама па сабе валодае высокай устойлівасцю. У дадатак да алейна-напоўненай або пераліўнай канструкцыі гэта дае яшчэ адну магчымасць для распрацоўкі гідрафонаў, устойлівых да ціску, гэта значыць выкарыстанне п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі з паветранай падкладкай у якасці прыёмнага пераўтваральніка ўстойлівага да ціску гідрафона.

 

1 Акустычныя прыёмныя характарыстыкі п'езаэлектрычны пераўтваральнік са сферычнай абалонкай

 

 Нізкая адчувальнасць прыёму частот

 

Абмежаваныя формай і тэхналогіяй апрацоўкі, п'езаэлектрычныя керамічныя сферычныя абалонкі звычайна маюць толькі адзін рэжым палярызацыі: радыяльную палярызацыю, а станоўчыя і адмоўныя электроды знаходзяцца адпаведна на ўнутранай і знешняй паверхнях сферычнай абалонкі. Для пераўтваральніка са сферычнай п'езаэлектрычнай абалонкай з унутраным радыусам a і знешнім радыусам b пры ўздзеянні гукавога ціску p0, частата якога значна ніжэйшая за ўласную частату, паміж унутраным і вонкавым электродамі п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі будзе стварацца рознасць патэнцыялаў V. Адчувальнасць прыёму гідрафона звычайна выяўляецца праз адчувальнасць Me прыёму ў свабодным полі. Me вызначаецца як стаўленне напружання халастых ланцугоў на выхадзе гідрафона да гукавога ціску ў свабодным полі ў месцы гідрафона ў гукавым полі. Яго форма ў дэцыбелах - гэта адчувальнасць прыёму ў свабодным полі. . Такім чынам, нізкачашчынны адкрыты ланцуг, які атрымлівае адчувальнасць да напружання п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі з паветранай падкладкай. Зыходзячы з перадумовы, што п'езаэлектрычны матэрыял з'яўляецца матэрыялам, які выкарыстоўваецца ў гэтым артыкуле, калі t пастаяннае, тым больш b, гэта значыць, чым большы знешні дыяметр п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі, тым вышэй адчувальнасць; Калі b пэўны і t 0,36, адчувальнасць найменшая, і гэтага моманту варта пазбягаць пры распрацоўцы; калі b пэўнае і t <0:36, чым менш t, гэта значыць, чым танчэй п'езаэлектрычная сферычная абалонка, тым вышэй адчувальнасць.

 

1.2 Рэзанансная частата

 

Для тонкага п'езаэлектрыка сферычны падводны акустычны пераўтваральнік , яго рэзанансная частата ў паветры. Відаць, што рэзанансная частата тонкай п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі роўная толькі яе сярэдняму радыусу r і шчыльнасці матэрыялу s, модулю Юнга Y E11 Яна звязана з каэфіцыентам Пуасона, што эквівалентна спрашчэнню яе да сферычнай абалонкі з ізатропнага пругкага матэрыялу. Відаць, што пры вызначэнні п'езаэлектрычнага матэрыялу чым большы сярэдні радыус r сферычнай абалонкі, тым вышэй кропка рэзанансу і шырэй рабочая паласа. У вадзе з-за павышанага радыяцыйнага супраціву п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай яго рэзанансная частата будзе крыху ніжэй, чым рэзанансная частата ў паветры. Калі п'езаэлектрычны сферычны гідрафон выкарыстоўваецца для нізкачашчыннага прыёму, каб забяспечыць роўнасць яго адчувальнасці, яго рабочая частата далёкая ад рэзананснай. У тэхніцы, як правіла, патрабуецца, каб яго рэзанансная частата была па меншай меры ў 5 разоў вышэй за верхнюю мяжу працоўнай частаты.

 

 

 

2 Аналіз паказчыкаў супраціву ціску п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай

 

Рэжымы разбурэння канструкцый, устойлівых да ціску, у асноўным уключаюць парушэнне трываласці, жорсткасці, стабільнасці і каразійнае парушэнне. Для гідрафонаў вялікай глыбіні нагрузка, якую ён нясе, у асноўным з'яўляецца знешнім ціскам вады, а яго рэжымы адмовы - гэта ў асноўным адмова трываласці і стабільнасць. Дзве сітуацыі адмовы п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай абмяркоўваюцца ніжэй.

 

2.1 Аналіз разбурэння трываласці

Разбурэнне трываласці адносіцца да з'явы, калі незваротная дэфармацыя або разлом адбываецца пасля таго, як максімальнае напружанне ў кантэйнеры перавышае мяжу цякучасці, у выніку чаго кантэйнер губляе сваю апорную здольнасць. Адпаведнае трываласці адмовы з'яўляецца максімальна дапушчальным ціскам п'езаэлектрычнага пераўтваральніка сферычнай абалонкі. Згодна з безмомантнай тэорыяй верціцца абалонкі, пад дзеяннем знешняга ціску p сферычная абалонка будзе ствараць восевае напружанне расцяжэння z і напружанне расцяжэння ў абручы, прычым яны аднолькавыя па значэнні. Сярод іх D0 знаходзіцца за межамі сферычнага дыяметра абалонкі, адзінка - мм; — таўшчыня сферычнай абалонкі, адзінка — мм. У адпаведнасці з тэорыяй максімальнага галоўнага напружання неабходна выканаць канструкцыю, устойлівую да ціску. Сярод іх - дапушчальнае напружанне. Згодна з нацыянальным стандартам маёй краіны GB 150.3, для стандарту нармальнай тэмпературы мяжа цякучасці Rel каэфіцыент бяспекі складае ns = 1:5. Нармальны мяжа цякучасці п'езаэлектрычнага керамічнага матэрыялу P-51, які выкарыстоўваецца ў п'езаэлектрычнай сферычнай абалонцы, складае Rel = 137:9 МПа, таму дапушчальнае напружанне матэрыялу [] = Rel/ns = 91:9 МПа. Падставіўшы параметр t, можна атрымаць максімальна дапушчальны ціск п'езаэлектрычнага пераўтваральніка сферычнай абалонкі, бо лёгка даведацца, што чым большае стаўленне t таўшчыні сферычнай абалонкі да вонкавага дыяметра, тым мацней трываласць і здольнасць супраціўляцца ціску п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі.

 

2.2 Аналіз адмоваў стабільнасці

Парушэнне ўстойлівасці адносіцца да з'явы, калі кантэйнер пераходзіць са стабільнага раўнаважнага стану ў іншы няўстойлівы стан пад дзеяннем знешняй нагрузкі, і яго форма раптоўна змяняецца і губляе сваю нармальную працаздольнасць. Парушэнню стабільнасці адпавядае дапушчальны ціск крытычнай нестабільнасці п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай. Згодна з тэорыяй малой дэфармацыі, крытычны ціск нестабільнасці pcr сферычнай абалонкі пад дзеяннем знешняй сілы мае вялікую хібнасць для гэтай формулы, таму для кампенсацыі часта выкарыстоўваецца вялікі каэфіцыент бяспекі. Згодна з GB 150.3, каэфіцыент бяспекі ўстойлівасці прымаецца як m = 14:25, таму дапушчальны крытычны ціск для нестабільнасці па акружнасці [p] = pcr/m. Падставіўшы параметр t такім жа чынам, лёгка вызначыць дапушчальны крытычны ціск для акружнай нестабільнасці п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай. Калі вызначаецца п'езаэлектрычны матэрыял, чым большае стаўленне t таўшчыні сферычнай абалонкі да вонкавага дыяметра, тым большы ціск. Стабільнасць і супраціў ціску абалонкі электрычнага шара мацней.

 

3 Мадэляванне канечнымі элементамі

З прыведзенага вышэй аналізу, для адчувальнасці і працоўнай частаты п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі, чым больш знешні дыяметр, тым танчэй, тым лепш; і для яго ўстойлівасці да ціску, чым менш знешні дыяметр, тым тоўшчы таўшчыня. гэта добра. Гэта значыць, што акустычныя характарыстыкі і ўстойлівасць да ціску супрацьлеглыя. Улічваючы патрабаванні да акустычных характарыстык і ўстойлівасці да ціску, а таксама складанасць і кошт апрацоўкі сферычнай абалонкі (звычайна чым большы вонкавы дыяметр, тым большая таўшчыня, тым больш складанасць апрацоўкі і вышэйшы кошт), вонкавы радыус разліковай сферычнай абалонкі b = 15 мм, таўшчыня = 3 мм. П'езаэлектрычны матэрыял, які выкарыстоўваецца ў сферычнай абалонцы, P-51, яго п'езаэлектрычны каэфіцыент g33 = 25: 6 10 3 В м/Н, g31 = 9: 6 10 3 В м/Н, шчыльнасць s = 7600 кг/м3, модуль Юнга Y E11 = 6:0 1010 Па, каэфіцыент Пуасона = 0:36.

 

3.1 Мадэляванне акустычных характарыстык п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі

Для праверкі правільнасці аналізу акустычных прыёмных характарыстык п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай для яго мадэлявання і мадэлявання выкарыстоўваецца метад канчатковых элементаў, а таксама выкарыстоўваецца праграмнае забеспячэнне мадэлявання COMSOL5.4.

 

3.1.1 Мадэляванне адчувальнасці прыёму

Спачатку стварыце трохмерную сферычную мадэль структуры абалонкі. Каб спрасціць геаметрыю мадэлявання і паскорыць рашэнне, мадэль стварае толькі 1/8 п'езаэлектрычных сферычных абалонак і выкарыстоўвае 3 абмежаванні сіметрыі плоскасці для дасягнення поўнай сферычнай абалонкі. Стварыце сістэму каардынат радыяльнай палярызацыі п'езаэлектрычнага матэрыялу ў сферычных каардынатах і выкарыстоўвайце параметры матэрыялу п'езаэлектрычнага матэрыялу P-51. Усталюйце межавую нагрузку як ціск 0,1 МПа на знешнюю паверхню і адсутнасць ціску на ўнутраную паверхню. Выконваючы аналіз частотнай вобласці, гэта вырашаецца як праблема ў стацыянарным стане. На малюнку 2 паказаны вынікі мадэлявання размеркавання патэнцыялу п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі пры ўздзеянні ціску з частатой 500 Гц і ціску 0,1 МПа.

Падставіўшы ў формулу памеры і матэрыяльныя параметры п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі, можна атрымаць тэарэтычны разрыў ланцуга пры ўздзеянні на яе нізкачашчыннага гукавога ціску 0,1 МПа

Выхадная напруга складае 11,646 В. На малюнку 2 відаць, што калі п'езаэлектрычная сферычная абалонка падвяргаецца гукавому ціску 0,1 МПа пры 500 Гц, вынік мадэлявання яе выхаднога напружання складае 11,632 В, што адпавядае тэарэтычнаму значэнню. У гэты час яго адчувальнасць складае 198,7 дБ пры 500 Гц (0 дБ = 1 В/Па).

 

3.1.2 Мадэляванне рэзананснай частаты

У наступным таксама выкарыстоўваецца метад мадэлявання канечных элементаў для мадэлявання рэзананснай частаты п'езаэлектрычнай керамічнай сферычнай абалонкі, а дыяпазон частот мадэлявання складае 1 Гц/200 кГц. Спачатку матэрыял п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі спрошчаны ў ізатропны пругкі матэрыял, і на ім праводзіцца аналіз разгорткі частоты, а крывая частотнай характарыстыкі яго дэфармацыі паказана на малюнку 3. Згодна з формулай (3), рэзанансная частата fa п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі ў паветры атрымана роўнай 58,557 кГц. З мал. 3 відаць, што змадэляванае значэнне рэзананснай частаты складае 58,9 кГц, што ў асноўным адпавядае тэарэтычнаму значэнню. Варта адзначыць, што формула (3) - гэта толькі спрошчаны разлік для ізатропнай тонкай сферычнай абалонкі, а матэрыял п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі не ізатропны, а таўшчыня адносна тоўстая, непасрэднае прымяненне формулы (3) будзе мець пэўныя памылкі. Калі падстаўляць поўныя параметры п'езаэлектрычнай керамікі, крывая частотнай характарыстыкі адчувальнасці да напружання холадна паказана на малюнку 4. На малюнку 4 відаць, што ў дыяпазоне частот 1 Гц 10 кГц крывая адчувальнасці сферычнай п'езаэлектрычнай абалонкі вельмі плоская з адчувальнасцю 198,7 дБ, што адпавядае тэарэтычнай аналіз. Рэзанансная частата становіцца 72,1 кГц, што крыху больш, чым вынік разліку па формуле (3), але гэта не ўплывае на прыдатнасць формулы ў інжынерных прыкладаннях. Паколькі адпаведны каэфіцыент згасання п'езаэлектрычнага матэрыялу не можа быць атрыманы, каэфіцыент страт матрыцы гнуткасці і каэфіцыент страт п'езаэлектрычнай матрыцы ў мадэлі ўсталяваны ў 0, што прыводзіць да мадэлявання, што адчувальнасць сферычнай п'езаэлектрычнай абалонкі на рэзананснай частаце складае 155 дБ, насамрэч адчувальнасць павінна быць меншай за гэта значэнне.

3.2 Мадэляванне прадукцыйнасці супраціву ціску п'езаэлектрычная сферычная абалонка

Тэарэтычная формула разліку супраціву ціску ў раздзеле 2 - гэта спрошчаная формула, абагульненая для зручнасці інжынернага прымянення, і фактычная п'езаэлектрычная сферычная абалонка. Адтуліны будуць адкрыты з-за неабходнасці ўстаноўкі, што можа прывесці да таго, што фактычная магутнасць ціску не будзе адпавядаць вынікам тэарэтычных разлікаў. Для таго, каб як мага больш дакладна атрымаць здольнасць п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай да значэння ціску, статычнае мадэляванне структуры і ўласнае значэнне выпучвання былі праведзены адпаведна з дапамогай праграмнага забеспячэння для аналізу канечных элементаў Workbench.

 

3.2.1 Структурнае статычнае мадэляванне

Структурнае статычнае мадэляванне можа атрымаць размеркаванне напружання па ўсёй канструкцыі, калі канструкцыя знаходзіцца пад нагрузкай. Такім чынам, максімальна дапушчальнае напружанне вядомага матэрыялу складае

Можна змадэляваць максімальна дапушчальны ціск, які ён можа вытрымаць. Усталёўваецца трохмерная мадэль шаравой абалонкі, на якой усталёўваюцца мантажныя адтуліны. Прыміце сферычную абалонку

Для падзелу сеткі выкарыстоўваецца метад гексаэдра, на цыліндрычную паверхню і ніжнюю плоскасць мантажнага адтуліны ўсталёўваюцца ролікавыя апоры, а на вонкавую паверхню п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай аказваецца ціск.

Пастаянна змяняйце велічыню ціску і праводзіце па ім структурны статычны аналіз. Мадэляванне паказала, што калі ціск, прыкладаны да знешняй паверхні, дасягае 28 МПа, п'езаэлектрычны

Максімальнае напружанне сферычнай абалонкі складае 151 МПа, і яе размеркаванне напружання паказана на малюнку 5.

Паказаць). Варта адзначыць, што максімальнае напружанне ўзнікае толькі на лініі мяжы галачкі на мантажным адтуліне, а максімальнае напружанне ў астатніх месцах менш, чым гэта

Бяспечнае дапушчальнае напружанне п'езаэлектрычнага матэрыялу складае 91,9 МПа, таму максімальна дапушчальны ціск п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі можа дасягаць 28 МПа ў адпаведнасці з мадэляваннем. І корань

Згодна з формулай (6), максімальна дапушчальнае ціск п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай можа быць атрымана 36,8 МПа. Відаць, што трываласць на сціск сферычнай абалонкі пасля перфарацыі ніжэй, чым у поўнай

Тэарэтычная трываласць усёй сферычнай абалонкі. Пры мадэляванні з'ява канцэнтрацыі напружання, якое з'яўляецца ў некалькіх месцах у мантажным адтуліне, перавышае дапушчальнае бяспечнае напружанне, і ці ўплывае гэта на ўстойлівасць да ціску п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі, яшчэ трэба праверыць з дапамогай выпрабавання ціскам.

 

3.2.2. Мадэляванне ўласнага значэння выпучвання

Мадэляванне выпучвання ўласнага значэння можа атрымаць рэжымы пагінання канструкцый з тонкай абалонкай і адпаведныя ім крытычныя ціскі пагінання. Да знешняй паверхні п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай быў прыкладзены ціск 1 МПа, і быў праведзены аналіз яго ўласнага значэння выпучвання. Вынікі мадэлявання паказваюць, што рэжым выпучвання першага парадку паказаны на малюнку 6, а хвалевы лік першага парадку n = 4, што адпавядае характарыстыкам нестабільнасці сферычнай абалонкі. Каэфіцыент нагрузкі на выгнутасць першага парадку складае 3379, таму яго крытычная нагрузка першага парадку складае 3379 МПа. Паколькі першы парадак з'яўляецца самым нізкім значэннем нагрузкі на прадольнасць, гэта азначае, што структура п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі не будзе стабільнай, пакуль тэарэтычны ціск не дасягне 3379 МПа. Згодна з формулай (7), крытычны ціск акружной нестабільнасці п'езаэлектрычнага пераўтваральніка са сферычнай абалонкай можа быць атрыманы роўным 2970 МПа, што ў асноўным адпавядае вынікам мадэлявання. Вынікі мадэлявання метадам канчатковых элементаў паказваюць, што максімальна дапушчальны ціск п'езаэлектрычнага пераўтваральніка сферычнай абалонкі складае 28 МПа, а яго крытычны ціск выгнутасці складае 3379 МПа, што паказвае на тое, што, калі знешні ціск працягвае павялічвацца, сферычная абалонка п'езаэлектрычнай формы змяняецца.

 

4 Распрацоўка і выпрабаванне прадукцыйнасці гідрафона сферычнага ціску

4.1 Распрацоўка сферычнага гідрафона, устойлівага да ціску

У гэтым дакуменце радыяльна палярызаваная паветраная падкладка п'езаэлектрычны пераўтваральнік са сферычнай абалонкай , а таксама распрацаваны і выраблены сферычны ўстойлівы да ціску гідрафон. у якасці акустычнага прыёмнага датчыка выкарыстоўваецца Вонкавы радыус п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі, якая выкарыстоўваецца ў сферычным гідрафоне, устойлівым да ціску, складае 15 мм, таўшчыня сферычнай абалонкі складае 3 мм, а п'езаэлектрычны керамічны матэрыял, які выкарыстоўваецца для сферычнай абалонкі, - P-51. Унутраная частка п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі ўяўляе сабой паражніну, а крайні пласт укрыты пластом гукапранікальнай гумы для ізаляцыі, герметызацыі і абароны. Таўшчыня гукапранікальнай гумы - 3 мм. Фізічны аб'ект сферычнага гідрафона, устойлівага да ціску. Дыяметр усяго гідрафона - 36 мм.

 

 

4.2 Тэст прадукцыйнасці сферычнага напорнага гідрафона

 

4.2.1 Прыёмны тэст на адчувальнасць

Гатовы сферычны гідрафон, устойлівы да ціску, змяшчаецца ў трубу стаячай хвалі і метадам параўнання правяраецца яго нізкачашчынная адчувальнасць пры холасце. Устойлівы да мяча

Гідрафон пад ціскам і стандартны гідрафон адначасова падвешваюцца на аднолькавай вышыні ў трубцы са стаячай хваляй, змяняючы частату выпраменьвання крыніцы гуку трубкі са стаячай хваляй і запісваючы абодва адначасова

З дапамогай метаду параўнання, адчувальнасць прыёму сферычны гідрафон, устойлівы да ціску . атрыманы Выкарыстоўваная трубка са стаячай хваляй можа ствараць толькі камбінацыю 50 1000 Гц

Стаячая хваля сеткі, таму дыяпазон частот вымярэння на гэты раз складае 50 1000 Гц. Вынікі вымярэнняў крывой адчувальнасці сферычнага ўстойлівага да ціску гідрафона паказаны на малюнку 8.

Вынікі выпрабаванняў паказваюць, што адчувальнасць сферычнага ўстойлівага да ціску гідрафона ў дыяпазоне частот 50 1000 Гц складае каля 198,4 дБ, што ў асноўным адпавядае тэарэтычнаму значэнню. ст

У дыяпазоне 50 1000 Гц ваганне адчувальнасці не перавышае 0,5 дб. Лампу стаячай хвалі можна адкалібраваць толькі ніжэй за 1 кГц. Для дыяпазону частот ад 1 кГц да 10 кГц вымярэнне праводзіцца ў безэхавой ёмістасці. Размясціце гатовы сферычны гідрафон, устойлівы да ціску, і стандартны гідрафон у аднолькавае становішча безэхавой ёмістасці, выкарыстоўвайце крыніцу гуку для прайгравання адначашчынных сігналаў розных частот і выкарыстоўвайце метад параўнання для завяршэння вымярэння адчувальнасці прыёму. Вынікі вымярэнняў крывой адчувальнасці сферычнага ўстойлівага да ціску гідрафона пры 1 кГц і 10 кГц паказаны на мал. 9. З вынікаў выпрабаванняў відаць, што адчувальнасць сферычнага ўстойлівага да ціску гідрафона ў дыяпазоне частот 1 кГц і 10 кГц складае каля 198 дБ, што ў асноўным адпавядае тэарэтычнаму значэнню. У дыяпазоне ад 1 кГц да 10 кГц ваганне адчувальнасці не перавышае 1,4 дБ.

 

4.2.2 Тэст на ўласны шум

 

Каб гарантаваць, што гідрафон можа ўлоўліваць слабыя гукавыя сігналы, гідрафон павінен мець меншы эквівалент уласных шумоў. Сферычны напорны гідрафон

Ён змяшчаецца ў вакуумны рэзервуар з электрамагнітным экранаваннем, амартызацыяй і памяншэннем вібрацыі, а тэставанне ўласных шумоў праводзіцца на карце збору сігналу BK-3050 з надзвычай нізкім узроўнем шуму.

Эквівалентны спектр уласных шумоў сферычнага гідрафона, устойлівага да ціску, паказаны суцэльнай чырвонай лініяй на малюнку 10. Чорная пункцірная лінія на малюнку 10 з'яўляецца самым раннім даследаваннем шуму акіяна. Узровень спектру фонавага шуму акіяна 0-ўзроўню мора, абагульнены Кандсанам [9]. Згодна з крывой Кундсана, фонавы шум акіяна пры стане мора роўны 0. Узровень спектру гуку складае каля 44 дБ на 1 кГц. Варта адзначыць, што гэтыя дадзеныя з'яўляюцца вынікам даследаванняў 1948 года. У апошнія гады, як сусветнае суднаходства

З хуткім развіццём фонавы шум акіяна павялічваецца з кожным годам. Сіняя пункцірная лінія на малюнку 10 - гэта ўзровень спектру фонавага шуму Паўднёва-Кітайскага мора ў 2013 годзе на ўзроўні марскіх умоў 0 Лінія, відаць, што эквівалентны ўзровень спектру ўласнага шуму сферычнага гідрафона, устойлівага да ціску, ніжэйшы або роўны ўзроўню 0 стану мора ў дыяпазоне 101500 Гц. Шум сцэны крыху вышэйшы, чым фон акіяна 0 ўзроўню стану мора шум у дыяпазоне 1500 5000 Гц. Яго эквівалентны спектр уласнага шуму пры 1000 Гц. Узровень складае 46,5 дБ.

 

4.2.3 Выпрабаванне характарыстык напружання

Для праверкі здольнасці ўстойлівасці да ціску сферычны ўстойлівы да ціску гідрафон , узор сферычнага ўстойлівага да ціску гідрафона быў змешчаны ў аўтаклаў для выпрабавання ціскам. Для забеспячэння бяспекі тэставая сістэма знаходзіцца пад ціскам вады пад высокім ціскам. Згодна з папярэднім аналізам, яго бяспечная трываласць да ціску складае 28 МПа, што ў 1,5 разы перавышае каэфіцыент бяспекі.

Атрыманы вынік, гэта значыць яго тэарэтычная максімальная здольнасць да ціску складае 42 МПа. Для таго, каб збалансаваць бяспеку і прастату выкарыстання, тут акруглена да

30 Мпа для выпрабаванняў. Падчас выпрабавання спачатку павялічце ціск да 30 МПа, вытрымлівайце ціск 3 гадзіны, скіньце ціск і праверце гідрафон; затым зноў падняць ціск да 30 МПа і паўтарыць тэст 3 разы. На працягу ўсяго працэсу наддуву не адбылося значнага падзення ціску. Пасля кожнага павышэння ціску правярайце гідрафон, які трэба праверыць. Знешні выгляд не пашкоджаны. Узважванне паслядоўнае да і пасля тэсту. Затым адчувальнасць зноў правяраецца ў трубцы стаячай хвалі. Вынікі тэсту паказваюць, што адчувальнасць у асноўным такая ж, як адчувальнасць да наддуву. Гэта даказвае, што ён можа вытрымаць ціск вады ў 3000 м.

 

5 Заключэнне

У гэтым артыкуле выкарыстоўваецца спалучэнне тэарэтычнай формулы і мадэлявання канчатковымі элементамі, а структура і матэрыял п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі валодаюць здольнасцю ўстойлівасці да ціску, а радыяльна палярызаваны пераўтваральнік п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі з паветранай падкладкай выкарыстоўваецца ў якасці адчувальнага элемента, які прымае гук. І зрабіў сферычны ўстойлівы да ціску гідрафон. Дыяметр сферычнага ціскаўстойлівага гідрафона 36 мм, рабочая паласа частот 50 Гц 10 кГц, адчувальнасць па нізкіх частотах 198,4 дБ, эквівалентны ўзровень спектру ўласных шумоў 46,5 дБ@1 кГц, рабочая глыбіня 3000 м. Схема п'езаэлектрычнай сферычнай абалонкі з паветранай падкладкай, якая выкарыстоўваецца ў гэтым артыкуле, мае пэўную здольнасць супраціўляцца ціску пры ўмове высокай адчувальнасці. Калі неабходна пастаянна павялічваць глыбіню ўстойлівасці да ціску, варта страціць адчувальнасць. Гэта рашэнне можа дасягнуць адносна абмежаванай устойлівасці да ціску. Калі гідрафон павінен атрымаць большы супраціў ціску (напрыклад, на поўную глыбіню мора), лепш выбраць алейнапоўнены або пераліўны раствор.