izolační odpor a průměrná životnost piezoelektrického keramického hydrofonu

1 Průměrná životnost hydrofonu
Podle teorie spolehlivosti je počet Produkty piezoelektrických diskových měničů byly testovány za stejných podmínek a byla změřena celková životnost. Potom je MTTF průměrné doby před poruchou kde r(t) je kumulativní počet poruch produktu během pracovních hodin od 0 do t. Když se rozdělení životnosti produktu řídí exponenciálním rozdělením, jeho MTTF je převrácená hodnota poruchovosti λ (pravděpodobnost selhání produktu v určité době a jednotková doba po této době), tj. 1/λ. Hydrofony mohou používat MTTF k vyjádření jejich průměrné životnosti. Ve strojírenství se často používá průměrná izolace všech hydrofonů v dávce a odpor Rm je snížen na čas tav chybového standardu Rfc jako průměrná životnost. V hodnotě Rfc byly některé hydrofony vadné. Přestože ostatní hydrofony mohou fungovat normálně, jejich citlivost prudce klesne v pásmu nízkých frekvencí, což bude mít vážný dopad na výkon přijímacího pole. Proto by měl být co nejdříve vyměněn. .

2 hydrofonní izolační odpor

2.1 Mechanismus a zákon poklesu izolačního odporu

2.2 Izolační odpor a citlivost hydrofonu

Z analýzy ekvivalentního obvodu lze považovat izolační odpor hydrofonu za paralelní ke dvěma koncům hydrofonu. Se zvyšujícím se počtem molekul vody prostupujících povrch piezokeramického prvku a vnitřní vody skrz vodotěsný krycí materiál a spojovací vrstvu se bude izolační odpor Rm hydrofonu neustále snižovat. Snížení Rm na určitou úroveň sníží citlivost hydrofonu. Čím nižší je pracovní frekvence, tím větší je snížení M. Ekvivalentní schéma zapojení piezoelektrického keramického hydrofonu může být dáno ve formě zdroje konstantního proudu a může být také dáno ve formě zdroje konstantního napětí. Zdroj konstantního napětí je ekvivalentní schéma zapojení ukazuje simulaci a skutečné výsledky měření snížení citlivosti hydrofonu pod různými izolačními odpory. Teoretické výpočty i skutečná měření dokazují, že čím menší je statická kapacita hydrofonu, tím větší je dopad poklesu Rm na M. Protože je testovaná statická kapacita hydrofonu velmi velká, až 100 000 pF, snížení izolačního odporu Rm má relativně malý vliv na jeho citlivost. Když Rm ≥ 10 kΩ, vliv na M je zanedbatelný; když Rm < 10 kΩ, bude to mít velký vliv na M a hydrofon je posouzen jako závada. Hodnotu izolačního odporu, která určuje poruchu hydrofonu, nazýváme poruchovou hodnotou Rf. Ve výše uvedeném příkladu je Rf = 10 kΩ. 

Je zřejmé, že pokud je statická kapacita hydrofonu 10000 pF, bude citlivost výrazně ovlivněna, když je izolační odpor menší než 100 kΩ. V tomto okamžiku Rf=100 kΩ. Na základě výše uvedených výsledků a hodnoty citlivosti hydrofonu, kterou sonarový stroj umožňuje, lze určit kritérium selhání Rfc. Rfc by mělo být více než 10krát větší než Rf, aby se zajistilo, že průměrný izolační odpor všech hydrofonů v poli je blízký Rfc, což je počet hydrofonů, jejichž izolační odpor Rm je menší než Rf, to znamená, že počet hydrofonů s poruchou je chraplavý. V rozsahu povoleném celým strojem. Kromě toho je hydrofon instalován pod čarou ponoru lodi. Jakmile se zjistí, že hydrofon je vadný, je obecně nutné počkat, až bude loď ukotvena, aby byla provedena výměna hydrofonu, takže dojde ke zpoždění. Během této doby zpoždění bude izolační odpor hydrofonu nadále klesat. Proto musí být chybový standard Rfc nastaven na vyšší hodnotu, aby bylo zajištěno, že hydrofon lze před výměnou normálně používat. Kromě toho má izolační odpor hydrofonu velký vztah k okolní teplotě a musí být plně zohledněn při určování poruchového standardu Rfc hydrofonu.

2.3 Vztah mezi izolačním odporem a teplotou okolí

Izolační odpor piezokeramický kotoučový měnič úzce souvisí s okolní teplotou: okolní teplota stoupá, izolační odpor klesá, Teorie i velké množství praxe prokázaly, že vztah mezi izolačním odporem Rm piezoelektrického keramického hydrofonu. okolní teplota je podobná vztahu mezi dobou použití a exponenciálním zákonem. Ve vzorci je Rmo izolační odpor měřený při referenční teplotě t0; k3 je teplotní koeficient typu I. Podobně lze výše uvedený vzorec zapsat také pohodlnější a intuitivnější formou, k4 = exp(−k3), což je teplotní koeficient typu II, dále mo R ≈ R k, modifikovaný piezoelektrický keramický hydrofon titaničitan barnatý .Výsledky simulace a naměřené výsledky vztahu mezi izolačním odporem a teplotou okolí. Výsledky měření se blíží výsledkům simulace, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. Jsou uvedeny výsledky simulace a výsledky měření vztahu mezi izolačním odporem piezoelektrického keramického hydrofonu PZT a teplotou okolí. Výsledky testu jsou také blízké výsledkům simulace, k4=0,90~0,94/1°C. Vztah mezi izolačním odporem piezoelektrického keramického hydrofonu a dobou použití je nevratný; jinak je vztah mezi izolačním odporem piezoelektrického keramického hydrofonu a okolní teplotou reverzibilní, to znamená, že když se okolní teplota vrátí na původní hodnotu, jeho izolace .

Odpor se také vrátí na původní hodnotu. Izolační odpor hydrofonu se velmi mění s okolní teplotou. S každým zvýšením okolní teploty o 11 °C se izolační odpor sníží asi na polovinu. V porovnání s modifikovaným piezoelektrickým keramickým hydrofonem s titaničitanem barnatým se izolační odpor piezoelektrického keramického hydrofonu PZT bude více měnit s okolní teplotou. Výše uvedená variační pravidla jsou různá pro různé typy a různé specifikace piezoelektrických keramických materiálů různých struktur a různých vodotěsných povlakových materiálů, které je třeba určit experimenty. Při určování standardu poruchy Rfc piezoelektrického keramického hydrofonu by měl být plně zvážen vztah mezi izolačním odporem hydrofonu a okolní teplotou. U zařízení s vysokými požadavky na spolehlivost by měla být Rfc nosného hydrofonu stanovena při nejvyšší okolní teplotě (například 30 °C). Když tedy okolní teplota klesne, izolační odpor hydrofonu se pouze zvýší a nebude mít vliv na běžné používání.