Tlakově odolný hydrofon na bázi piezoelektrické keramické sférické skořepiny

Na základě odolnosti vůči tlaku Piezoelektrický keramický kulový plášť, tlakově odolný hydrofon byl navržen a vyroben s použitím radiálně pólovaného vzduchového podkladového piezoelektrického keramického kulového pláště jako akusticky citlivého prvku. Nejprve byly analyzovány akustické charakteristiky, jako je nízkofrekvenční otevřený obvod, citlivost příjmu a frekvence vibrací a simulovány metodou konečných prvků. Poté byly analyzovány vlastnosti odolné vůči tlaku, jako je pevnost a stabilita, rovněž simulované pomocí softwaru FE. Nakonec byly testovány jeho akustické vlastnosti a odolnost vůči tlaku. Výsledky testů ukazují, že průměr tlakově odolného hydrofonu je 36 mm a jeho pracovní frekvenční rozsah je od 50 Hz do 10 kHz. Nízkofrekvenční tlaková citlivost je 198:4 dB (0 dB ref 1 V/Pa), hladina šumového spektra je 46,5 dB při 1 kHz a pracovní hloubka je 3000 m. Tento tlakově odolný hydrofon poskytuje referenci pro návrh hlubinných hydrofonů a má důležitou aplikační hodnotu v oblasti hlubinné akustiky.

 

zavedení

 

Od vstupu do 21. století se hlubinnému výzkumu a vývoji dostává stále větší pozornosti a stává se horkou oblastí pro konkurenci mezi zeměmi. Tlakově odolné hydrofony jsou nepostradatelným vybavením pro hlubokomořský rozvoj. Kromě toho s rychlým rozvojem vojenské techniky v různých zemích, různá podvodní zařízení, jako jsou ponorky, torpéda, podvodní bezpilotní letadla (UUV), podvodní kluzáky (UUG), podvodní roboti (ROV), ponorné cíle atd. S rostoucí hloubkou musí být tato hlubinná zařízení obvykle vybavena hydrofony odolnými proti tlaku, které dokážou splnit svou pracovní hloubku. Aby odolávaly účinkům vysokého hydrostatického tlaku, tlakově odolné hydrofony obvykle přijímají speciální tlakově odolné konstrukce nebo konstrukce vnitřní a vnější tlakové rovnováhy, jako jsou konstrukce pro odlehčení tlaku nebo kompenzace tlaku, olejové, přepadové konstrukce atd. Olejové a přepadové konstrukce mohou teoreticky odolat statickému tlaku celé mořské hloubky a jsou nejběžněji používanými tlakově odolnými konstrukcemi pro tlakově odolné hydrofony. Tlakově odolné hydrofony těchto dvou konstrukcí obecně používají jako přijímací měnič piezoelektrickou keramickou trubici. Tento piezoelektrický hydrofon s keramickými trubicemi má výhody jednoduché konstrukce a technologie, ale má také výhody nízké citlivosti nízkofrekvenčního napětí v otevřeném obvodu. Nevýhody. Radiálně polarizovaná piezoelektrická trubice je štěrbinová pro zlepšení citlivosti příjmu, ale také značně zužuje pracovní frekvenční pásmo, které je pouze 10/200 Hz. Pokud je přijímací frekvenční pásmo piezoelektrického keramického hydrofonu s kulatou trubicí blízko jeho rezonanční frekvenci, i když lze citlivost zlepšit, jeho pracovní frekvenční pásmo bude značně omezeno a plochost křivky citlivosti se ztratí. Kromě piezoelektrických snímačů s kulatou trubicí jsou běžně používané přijímací snímače pro hydrofony akustického tlaku také piezoelektrické snímače s kulovým pláštěm. Piezoelektrický sférický plášťový měnič má mnoho výhod, jako je jednoduchá struktura a proces, vysoká citlivost, dobrá všesměrovost a šířka pásma pracovní frekvence. Ještě důležitější je, že vlastnosti materiálu a struktury určují, že samotný piezoelektrický keramický sférický plášť má vysoký odpor. Kromě olejové nebo přepadové struktury to poskytuje další možnost pro konstrukci tlakově odolných hydrofonů, to znamená použití vzduchem podporovaného piezoelektrického kulového pláště jako přijímacího měniče tlakově odolného hydrofonu.

 

1 Akustické přijímací charakteristiky piezoelektrický sférický plášťový měnič

 

 Nízkofrekvenční citlivost příjmu

 

Piezoelektrické keramické kulové skořepiny, omezené tvarem a technologií zpracování, mají obvykle pouze jeden polarizační režim: radiální polarizaci a kladné a záporné elektrody jsou na vnitřním a vnějším povrchu kulového pouzdra. U piezoelektrického kulového skořepinového měniče s vnitřním poloměrem a a vnějším poloměrem b bude při vystavení akustickému tlaku p0, jehož frekvence je mnohem nižší než jeho vlastní frekvence, generován potenciálový rozdíl V mezi vnitřní a vnější elektrodou piezoelektrického kulového pouzdra. Citlivost příjmu hydrofonu je obecně vyjádřena citlivostí příjmu Me ve volném poli. Me je definováno jako poměr napětí naprázdno na výstupu hydrofonu k akustickému tlaku ve volném poli v poloze hydrofonu ve zvukovém poli. Jeho decibelová forma je citlivost příjmu ve volném poli. . Proto je nízkofrekvenční přijímací napěťová citlivost otevřeného obvodu vzduchem podporovaného piezoelektrického kulového pláště. Za předpokladu, že piezoelektrický materiál je materiál použitý v tomto článku, když t je konstantní, čím větší je b, to znamená, že čím větší je vnější průměr piezoelektrického kulového pláště, tím vyšší je citlivost; Když je b jisté a t 0,36, je citlivost nejmenší a tomuto bodu je třeba se při návrhu vyhnout; když b je jisté a t <0:36, čím menší t, to znamená, čím tenčí je piezoelektrický sférický plášť, tím vyšší je citlivost.

 

1.2 Rezonanční frekvence

 

Pro tenkou piezoelektriku sférický podvodní akustický měnič , jeho rezonanční frekvence ve vzduchu. Je vidět, že rezonanční frekvence tenké piezoelektrické kulové skořepiny je pouze její průměrný poloměr r a hustota materiálu s, Youngův modul Y E11 Souvisí s Poissonovým poměrem, což je ekvivalentní zjednodušení na kulovou skořepinu z izotropního elastického materiálu. Je vidět, že když je určen piezoelektrický materiál, čím větší je průměrný poloměr r kulového pláště, tím vyšší je rezonanční bod a tím širší je pracovní šířka. Když je ve vodě, v důsledku zvýšené radiační impedance piezoelektrického kulového pouzdrového měniče, jeho rezonanční frekvence bude o něco nižší než rezonanční frekvence ve vzduchu. Při použití piezoelektrického sférického hydrofonu pro nízkofrekvenční příjem, aby byla zajištěna plochost jeho citlivosti, je jeho pracovní frekvence daleko od rezonanční frekvence. Ve strojírenství se obecně požaduje, aby jeho rezonanční frekvence byla alespoň 5krát vyšší než horní mezní frekvence jeho pracovní činnosti.

 

 

 

2 Analýza odolnosti vůči tlaku piezoelektrického kulového pouzdrového měniče

 

Mezi způsoby porušení tlakově odolných konstrukcí patří především porušení pevnosti, porušení tuhosti, porušení stability a porušení korozí. U hydrofonů s velkou hloubkou je zatížení, které nese, hlavně vnější tlak vody a způsoby jeho selhání jsou hlavně selhání pevnosti a selhání stability. Dvě poruchové situace piezoelektrického kulového pouzdrového měniče jsou diskutovány níže.

 

2.1 Analýza porušení pevnosti

Pevnostní porušení se týká jevu, kdy dojde k nevratné deformaci nebo lomu poté, co maximální napětí v kontejneru překročí mez průtažnosti, což způsobí, že kontejner ztratí svou nosnost. Pevnosti odpovídá maximální přípustný tlak piezoelektrického kulového plášťového měniče. Podle bezmomentové teorie rotující skořepiny bude kulová skořepina při působení vnějšího tlaku p produkovat axiální tahové napětí z a smyčkové tahové napětí, přičemž obě hodnoty jsou stejné. Mezi nimi je D0 vně kulového pláště Průměr, jednotkou je mm; je tloušťka kulového pláště, jednotkou je mm. Podle teorie maximálního hlavního napětí musí být dodržen tlakově odolný návrh konstrukce. Mezi nimi je dovolené napětí. Podle národní normy GB 150.3 v mé zemi je pro normu materiálu mez kluzu při normální teplotě Rel bezpečnostní faktor ns = 1:5. Normální teplotní mez kluzu piezoelektrického keramického materiálu P-51 použitého v piezoelektrickém kulovém plášti je Rel = 137:9 MPa, takže dovolené napětí materiálu [] = Rel/ns = 91:9 MPa. Nahrazením parametru t lze získat maximální přípustný tlak piezoelektrického snímače kulového pláště, protože je snadné vědět, že čím větší je poměr t tloušťky kulového pláště k vnějšímu průměru, tím silnější je pevnost piezoelektrického kulového pláště a schopnost odolávat tlaku.

 

2.2 Analýza selhání stability

Porušením stability se rozumí jev, kdy se nádoba působením vnějšího zatížení změní ze stabilního rovnovážného stavu do jiného nestabilního stavu a náhle se změní její tvar a ztratí svou normální pracovní schopnost. Poruchu stability odpovídá kritická nestabilita přípustného tlaku piezoelektrického kulového skořepinového měniče. Podle teorie malé deformace má kritický tlak nestability pcr kulového pláště pod vnější silou velkou chybu pro tento vzorec, takže se pro kompenzaci často používá velký bezpečnostní faktor. Podle GB 150.3 je součinitel stability stability brán jako m = 14:25, takže přípustný kritický tlak pro obvodovou nestabilitu [p] = pcr/m. Dosazením parametru t stejným způsobem lze snadno zjistit přípustný kritický tlak pro obvodovou nestabilitu piezoelektrického kulového pouzdrového měniče. Když je určen piezoelektrický materiál, čím větší je poměr t tloušťky kulového pláště k vnějšímu průměru, tím větší je tlak. Stabilita a tlaková odolnost pláště elektrické koule je silnější.

 

3 Simulace konečných prvků

Z výše uvedené analýzy vyplývá, že pro citlivost a pracovní frekvenci piezoelektrického kulového pláště platí, že čím větší je vnější průměr, tím tenčí, tím lepší; a pro jeho odolnost vůči tlaku platí, že čím menší je vnější průměr, tím silnější je tloušťka. je to dobré. To znamená, že akustický výkon a odolnost proti tlaku jsou vzájemně protichůdné. S přihlédnutím k požadavkům na akustické vlastnosti a tlakovou odolnost a také k obtížnosti a ceně zpracování kulového pláště (obvykle čím větší vnější průměr, tím větší tloušťka, tím větší obtížnost zpracování a vyšší cena) je vnější poloměr designového kulového pláště b = 15 mm, Tloušťka = 3 mm. Piezoelektrický materiál použitý v kulovém plášti je P-51, jeho piezoelektrický koeficient g33 = 25: 6 10 3 V m/N, g31 = 9: 6 10 3 V m/N, hustota s = 7600 kg/m3, Youngův modul Y E11 = 6:0, poměr Poisson 1010 Pa

 

3.1 Simulace akustických charakteristik piezoelektrického kulového pláště

Pro ověření správnosti analýzy akustických přijímacích charakteristik piezoelektrického kulového plášťového měniče je k jeho modelování a simulaci použita metoda konečných prvků a simulační software COMSOL5.4.

 

3.1.1 Simulace citlivosti příjmu

Nejprve vytvořte trojrozměrný model sférické struktury skořepiny. Za účelem zjednodušení geometrie modelování a urychlení řešení model vytváří pouze 1/8 piezoelektrických kulových skořepin a používá 3 omezení rovinné symetrie k dosažení úplné kulové skořepiny. Vytvořte piezoelektrický materiál radiálně polarizační souřadnicový systém ve sférických souřadnicích a použijte materiálové parametry piezoelektrického materiálu P-51. Mezní zatížení nastavte jako tlak 0,1 MPa na vnější povrch a žádný tlak na vnitřní povrch. Provedením analýzy ve frekvenční oblasti se to řeší jako problém ustáleného stavu. Obrázek 2 ukazuje výsledky simulace rozložení potenciálu piezoelektrického kulového pláště při působení tlaku o frekvenci 500 Hz a tlaku 0,1 MPa.

Dosazením velikosti a materiálových parametrů piezoelektrického kulového pláště do vzorce lze získat teoretický otevřený obvod, když je vystaven nízkofrekvenčnímu akustickému tlaku 0,1 MPa.

Výstupní napětí je 11,646 V. Z obrázku 2 je vidět, že když je piezoelektrický kulový plášť vystaven akustickému tlaku 0,1 MPa@500 Hz, výsledek simulace jeho výstupního napětí je 11,632 V, což je v souladu s teoretickou hodnotou. V tuto chvíli je jeho citlivost 198,7 dB@500 Hz (0 dB = 1 V/Pa).

 

3.1.2 Simulace rezonanční frekvence

Následující také používá metodu simulace konečných prvků k simulaci rezonanční frekvence piezoelektrického keramického kulového pláště a frekvenční pásmo simulace je 1 Hz/200 kHz. Nejprve se materiál piezoelektrické kulové skořepiny zjednoduší na izotropní elastický materiál a provede se na něm frekvenční rozmítací analýza a křivka frekvenční odezvy jeho deformace je znázorněna na obrázku 3. Podle vzorce (3) je odvozena rezonanční frekvence fa piezoelektrického kulového obalu ve vzduchu na 58,557 kHz. Z obr. 3 je vidět, že simulovaná hodnota rezonanční frekvence je 58,9 kHz, což je v podstatě v souladu s teoretickou hodnotou. Je třeba poznamenat, že vzorec (3) je pouze zjednodušeným výpočtem pro izotropní tenký kulový plášť a materiál piezoelektrického sférického pláště není izotropní a tloušťka je relativně tlustá, přímé použití vzorce (3) bude mít určité chyby. Pokud jsou dosazeny kompletní parametry piezoelektrické keramiky, je křivka frekvenční odezvy citlivosti napětí naprázdno znázorněna na obrázku 4. Z obrázku 4 je vidět, že ve frekvenčním pásmu 1 Hz 10 kHz je křivka citlivosti piezoelektrického kulového pláště velmi plochá, s citlivostí 198,7 dB, což je v souladu s teoretickou analýzou. Rezonanční frekvence se stává 72,1 kHz, což je o něco větší než výsledek výpočtu vzorce (3), ale neovlivňuje platnost vzorce v inženýrských aplikacích. Vzhledem k tomu, že nelze získat příslušný koeficient tlumení piezoelektrického materiálu, jsou ztrátový faktor matice pružnosti a ztrátový faktor piezoelektrické matice v modelu nastaveny na 0, což vede k simulaci, že citlivost piezoelektrického kulového pláště při rezonanční frekvenci je 155 dB, ve skutečnosti by citlivost měla být menší než tato hodnota.

3.2 Simulace odolnosti vůči tlaku piezoelektrický kulový plášť

Teoretický výpočetní vzorec tlakové odolnosti v části 2 je zjednodušený vzorec shrnutý pro pohodlí technické aplikace a skutečný piezoelektrický kulový plášť. Otvory budou otevřeny kvůli potřebám instalace, což může způsobit, že skutečná tlaková kapacita nebude v souladu s výsledky teoretického výpočtu. Aby bylo možné co nejpřesněji získat tlakovou schopnost piezoelektrického kulového skořepinového snímače, byla provedena statická simulace konstrukce a simulace vlastní hodnoty boulení prostřednictvím softwaru Workbench pro analýzu konečných prvků.

 

3.2.1 Statická simulace konstrukce

Statická simulace konstrukce může získat rozložení napětí v celé konstrukci, když je konstrukce pod zatížením. Proto je maximální dovolené napětí známého materiálu

Lze simulovat maximální přípustný tlak, který snese. Vytvoří se trojrozměrný model kulového pláště a na něj se nastaví montážní otvory. Přijměte kulovou skořápku

K rozdělení mřížky se používá metoda šestistěnu a na válcovou plochu a spodní rovinu montážního otvoru se nasadí válečkové podpěry a na vnější povrch piezoelektrického kulového skořepinového měniče se vyvine tlak.

Neustále měňte velikost tlaku a provádějte statický statický rozbor. Simulace zjistila, že když tlak aplikovaný na vnější povrch dosáhne 28 MPa, piezoelektrický

Maximální napětí kulového pláště je 151 MPa a jeho rozložení napětí je znázorněno na obrázku 5 (Aby bylo usnadněno pozorování vnitřního napětí, je piezoelektrický kulový plášť rozříznut podél středové osy, aby bylo vidět

Show). Je třeba poznamenat, že maximální napětí se vyskytuje pouze na hraniční čáře zaoblení na montážním otvoru a maximální napětí ve zbývajících ostatních místech je menší než toto

Bezpečné dovolené napětí piezoelektrického materiálu je 91,9 MPa, maximální povolený tlak piezoelektrického kulového pláště tedy může podle simulace dosáhnout 28 MPa. A kořen

Podle vzorce (6) lze maximální přípustný tlak piezoelektrického kulového pouzdrového měniče získat jako 36,8 MPa. Je vidět, že pevnost v tlaku kulovitého pláště po perforaci je nižší než pevnost celého

Teoretická pevnost celého kulového pláště. V simulaci jev koncentrace napětí, který se objevuje na několika místech u montážního otvoru, překračuje bezpečnostní dovolené napětí a zda ovlivňuje tlakovou odolnost piezoelektrické kulové skořepiny, zbývá ověřit tlakovou zkouškou.

 

3.2.2 Simulace vlastní hodnoty boulení

Simulace vlastních hodnot boulení může získat režimy boulení tenkoskořepinových konstrukcí a jejich odpovídající kritické vzpěrné tlaky. Na vnější povrch piezoelektrického kulového skořepinového měniče byl aplikován tlak 1 MPa a byla provedena analýza jeho vlastních hodnot vzpěru. Výsledky simulace ukazují, že režim vybočení prvního řádu je znázorněn na obrázku 6 a vlnočet prvního řádu n = 4, což je v souladu s charakteristikami nestability kulového pláště. Součinitel vzpěrného zatížení prvního řádu je 3379, takže jeho kritické zatížení prvního řádu je 3379 MPa. Protože první řád je nejnižší hodnotou vzpěrného zatížení, znamená to, že piezoelektrická kulovitá skořepinová struktura nebude stabilní, dokud teoretický tlak nedosáhne 3379 MPa. Podle vzorce (7) lze kritický tlak obvodové nestability piezoelektrického kulového pouzdrového měniče získat jako 2970 MPa, což je v zásadě v souladu s výsledky simulace. Výsledky simulace metodou konečných prvků ukazují, že maximální přípustný tlak piezoelektrického kulového skořepinového snímače je 28 MPa a jeho kritický vzpěrný tlak je 3379 MPa, což naznačuje, že když se vnější tlak nadále zvyšuje, piezoelektrický kulový plášť se mění. První výskyt energetického zařízení je výpadek pevnosti, což také ukazuje, že jeho bezpečná hloubka výdržného napětí je 2800 mm.

 

4 Vývoj a test výkonu sférického tlakového hydrofonu

4.1 Vývoj sférického tlakově odolného hydrofonu

V tomto článku je radiálně polarizovaný vzduchem podložený Jako akustický přijímací senzor je použit piezoelektrický sférický plášťový měnič a je navržen a vyroben sférický tlakově odolný hydrofon. Vnější poloměr piezoelektrického kulového pláště použitého v kulovém tlakově odolném hydrofonu je 15 mm, tloušťka kulového pláště je 3 mm a piezoelektrický keramický materiál použitý pro kulový plášť je P-51. Uvnitř piezoelektrického kulového pláště je dutina a vnější vrstva je pokryta vrstvou zvukopropustné pryže, která izoluje, utěsňuje a chrání. Tloušťka zvukopropustné pryže je 3 mm. Fyzický objekt sférického hydrofonu odolného proti tlaku. Průměr celého hydrofonu je 36 mm.

 

 

4.2 Funkční test sférického tlakového hydrofonu

 

4.2.1 Test citlivosti příjmu

Hotový sférický tlakově odolný hydrofon se umístí do trubice se stojatou vlnou a srovnávací metodou je testována jeho citlivost na příjem nízkofrekvenčního otevřeného okruhu. Odolné proti míči

Tlakový hydrofon a standardní hydrofon jsou současně zavěšeny ve stejné výšce v trubici stojaté vlny, čímž se mění emisní frekvence zdroje zvuku trubice se stojatou vlnou a oba se nahrávají současně.

Prostřednictvím porovnávací metody se přijímací citlivost sférický tlakově odolný hydrofon . získá se Použitá elektronka se stojatou vlnou může produkovat pouze kombinaci 50 1000 Hz

Mřížková stojatá vlna, takže frekvenční pásmo měření je tentokrát 50 1000 Hz. Naměřené výsledky křivky citlivosti sférického tlakově odolného hydrofonu jsou uvedeny na obrázku 8. by

Výsledek testu ukazuje, že citlivost sférického tlakově odolného hydrofonu ve frekvenčním pásmu 50 1000 Hz je asi 198,4 dB, což v podstatě odpovídá teoretické hodnotě. v

V rozsahu 50 1000 Hz kolísání citlivosti nepřesahuje 0,5 dB. Stojanovou vlnu lze kalibrovat pouze pod 1 kHz. Pro frekvenční pásmo 1 kHz až 10 kHz se měření provádí v bezodrazové nádrži. Umístěte hotový sférický tlakově odolný hydrofon a standardní hydrofon do stejné polohy bezodrazové nádrže, použijte zdroj zvuku k přehrávání jednofrekvenčních signálů různých frekvencí a pomocí srovnávací metody dokončete měření citlivosti příjmu. Naměřené výsledky křivky citlivosti sférického tlakově odolného hydrofonu při 1 kHz a 10 kHz jsou na obr. 9. Z výsledků testu je vidět, že citlivost sférického tlakově odolného hydrofonu ve frekvenčním pásmu 1 kHz a 10 kHz je cca 198 dB, což v podstatě odpovídá teoretické hodnotě. V rozsahu 1 kHz až 10 kHz kolísání citlivosti nepřesahuje 1,4 dB.

 

4.2.2 Test vlastního hluku

 

Aby bylo zajištěno, že hydrofon dokáže zachytit slabé zvukové signály, musí mít hydrofon nižší ekvivalentní vlastní šum. Sférický tlakový hydrofon

Je umístěn ve vakuové nádrži s elektromagnetickým stíněním, tlumením a redukcí vibrací a test vlastního šumu se provádí na kartě sběru signálu BK-3050 s extrémně nízkou hlučností.

Ekvivalentní spektrum vlastního šumu sférického hydrofonu odolného proti tlaku je znázorněno červenou plnou čarou na obrázku 10. Černá tečkovaná čára na obrázku 10 je nejstarším výzkumem oceánského hluku. Hladina spektra hluku na pozadí oceánu na nulové úrovni, shrnutá Kundsonem [9]. Podle Kundsonovy křivky je hluk pozadí oceánu ve stavu moře 0. Hladina zvukového spektra je asi 44 dB@1 kHz. Je třeba poznamenat, že tato data jsou výsledkem výzkumu z roku 1948. V posledních letech byla globální lodní doprava

S rychlým rozvojem se hluk na pozadí oceánů rok od roku zvyšuje. Modrá tečkovaná čára na obrázku 10 je hladina spektra šumu pozadí v Jihočínském moři v roce 2013 při mořských podmínkách na úrovni 0 Čára , je vidět, že ekvivalentní úroveň spektra vlastního šumu sférického hydrofonu odolného proti tlaku je nižší nebo rovna úrovni 0 mořského stavu v rozsahu 10 1500 Hz. Rozsah hladiny hluku na pozadí scény 01 sea v 0 oceánu je mírně vyšší než úroveň hluku na pozadí 0 5000 Hz. Jeho ekvivalentní spektrum vlastního šumu při 1000 Hz. Úroveň je 46,5 dB.

 

4.2.3 Zkouška odolnosti proti napětí

Aby se ověřila tlaková odolnost sférický tlakově odolný hydrofon byl vzorek sférického tlakově odolného hydrofonu vložen do autoklávu k tlakové zkoušce. Pro zajištění bezpečnosti je testovací systém natlakován vysokotlakou vodou. Podle předchozí analýzy je jeho bezpečná tlaková odolnost 28 MPa, což je méně než 1,5 násobek bezpečnostního faktoru

Získaný výsledek, tj. jeho teoretická maximální tlaková kapacita je 42 MPa. V zájmu vyvážení bezpečnosti a snadného použití je zde zaokrouhleno na

30 MPa na zkoušku. Během testu nejprve natlakujte na 30 MPa, udržujte tlak po dobu 3 hodin, uvolněte tlak a zkontrolujte hydrofon; poté znovu natlakujte na 30 MPa a test opakujte 3krát. Během celého procesu tlakování nedošlo k žádnému významnému poklesu tlaku. Po každém natlakování zkontrolujte hydrofon, který má být testován. Vzhled není poškozen. Vážení je konzistentní před a po testu. Poté je citlivost znovu testována v trubici se stojatou vlnou. Výsledek testu ukazuje, že citlivost je v zásadě stejná jako citlivost před natlakováním. To dokazuje, že odolá 3000 m tlaku vody.

 

5 Závěr

V tomto článku je použita kombinace teoretického vzorce a simulace konečných prvků, přičemž struktura a materiál piezoelektrického kulového pláště a materiálu mají schopnost odolnosti vůči tlaku a radiálně polarizovaný vzduchem podporovaný piezoelektrický kulový měnič je použit jako citlivý prvek pro příjem zvuku. A vyrobil sférický tlakově odolný hydrofon. Průměr sférického tlakově odolného hydrofonu je 36 mm, pracovní frekvenční pásmo 50 Hz 10 kHz, nízkofrekvenční citlivost 198,4 dB, ekvivalentní úroveň vlastního šumového spektra 46,5 dB@1 kHz a pracovní hloubka 3000 m. Vzduchem podporované piezoelektrické schéma sférického pouzdra použité v tomto článku dosáhlo určité odolnosti vůči tlaku za podmínek vysoké citlivosti. Pokud se má hloubka odolnosti vůči tlaku neustále zlepšovat, musí se za cenu ztráty citlivosti. Tímto řešením lze dosáhnout relativně omezené odolnosti vůči tlaku. Pokud hydrofon potřebuje získat větší tlakovou odolnost (například plnou hloubku moře), je lepší zvolit řešení s olejovou náplní nebo přepadem.