Nyheder

Du er her: Hjem / Nyheder / Grundlæggende om piezoelektrisk keramik / isolationsmodstand og gennemsnitlig levetid for piezoelektrisk keramisk hydrofon

isolationsmodstand og gennemsnitlig levetid for piezoelektrisk keramisk hydrofon

Visninger: 45 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 16-10-2019 Oprindelse: websted

Spørge

Piezoelektriske keramiske hydrofoner har en bred vifte af applikationer i ekkolod på grund af deres fladhed, stabile ydeevne og enkle struktur. Den vigtigste fejltilstand for piezoelektriske keramiske hydrofoner er reduktionen i isolationsmodstanden. Hydrofonens gennemsnitlige isolationsmodstand reduceres til at overstige de specificerede fejlkriterier Rfc, hvilket vurderes som en fejl. Derfor er undersøgelse af variationen af isolationsmodstanden af piezoelektrisk keramisk hydrofon, indflydelsen af isolationsmodstandsreduktion på følsomheden og bestemmelsen af den gennemsnitlige levetid af stor betydning for korrekt forståelse og mestring af hydrofonens ydeevne og pålidelighedsindeks. Vedligeholdelsen og beskyttelsen har også en vis referenceværdi.

1 Den gennemsnitlige levetid for en hydrofon
Ifølge pålidelighedsteorien er antallet af piezoelektriske disktransducerprodukter blev testet under de samme forhold, og de samlede levetidsdata blev målt. Derefter er MTTF for den gennemsnitlige præ-fejltid, hvor r(t) er det kumulative antal fejl i produktet i løbet af arbejdstiden fra 0 til t. Når produktets levetidsfordeling adlyder den eksponentielle fordeling, er dets MTTF den gensidige af fejlraten λ (sandsynligheden for, at produktet ikke fungerer på et bestemt tidspunkt og enhedstiden efter det tidspunkt), det vil sige 1/λ. Hydrofoner kan bruge MTTF til at repræsentere deres gennemsnitlige levetid. Inden for teknik bruges ofte den gennemsnitlige isolering af alle hydrofoner i partiet, og modstanden Rm reduceres til tiden tav af fejlstandarden Rfc som den gennemsnitlige levetid. I Rfc-værdien har nogle hydrofoner været defekte. Selvom andre hydrofoner kan fungere normalt, vil deres følsomhed falde kraftigt i lavfrekvensbåndet, hvilket vil have en alvorlig indvirkning på modtagegruppens ydeevne. Derfor bør den udskiftes hurtigst muligt. .

2 hydrofon isoleringsmodstand

2.1 Mekanisme og lov for faldet i isolationsmodstand

Kernekomponenten i en piezoelektrisk keramisk hydrofon er en piezoelektrisk keramisk komponent. Når den piezoelektriske keramiske komponent er tørret, er isolationsmodstanden høj, og når vandmolekyler infiltrerer, er isolationsmodstanden lavere. Jo flere vandmolekyler, der infiltrerer, jo mere falder isolationsmodstanden. Piezoelektriske keramiske hydrofoner arbejder i vandet i mange år. De piezoelektriske keramiske komponenter er indkapslet af vandtætte materialer (såsom neopren, polyurethan osv.), men vandmolekyler passerer altid gennem overfladen af disse materialer eller to materialer. Bindefladen trænger ind i overfladen og indersiden af den piezoelektriske keramiske komponent, så hydrofonens isolationsmodstand er lavere. Jo længere hydrofonen bruges, jo flere vandmolekyler akkumuleres på overfladen og indersiden af den piezokeramiske komponent, og jo større isolationsmodstanden er, jo mere fejler hydrofonen. Det kan ses fra ovenstående analyse, at faldet i hydrofonens isolationsmodstand er uundgåeligt og irreversibelt. Vi kan ikke lade hydrofonens isolationsmodstand ikke falde, alt hvad vi kan gøre er at forsinke faldets hastighed. Nedsættelsen af isolationsmodstanden betyder en forøgelse af hydrofonens levetid. Følgende måling kan bruges til at sænke modstanden af hydrofonens isolationsmodstand (1) Anvendelse af piezoelektriske keramiske komponenter med lav fugtabsorption. Generelt er materialer med højere densitet mindre hygroskopiske end materialer med lavere densitet. Det almindeligt anvendte PZT piezoelektriske keramiske materiale har en densitet på 7,8 g/cm3, og det sjældent anvendte bariumtitanat piezoelektriske keramiske materiale har en densitet på 5,7 g/cm3, og sidstnævnte har en meget større 'hygroskopicitet'; 2) Brug vandtætte materialer med lav vandgennemtrængelighed; (3) Forbedring af fremstillingsprocessen af hydrofoner, og får ofte indlysende effekter. For en enkelt piezokeramisk hydrofon kan vi ikke forudsige loven om dens isolationsmodstandsfald, og den kan heller ikke forudsige, hvornår den vil svigte. Men for et parti hydrofoner, og antallet af disse hydrofoner er stort, vil deres isolationsmodstand følge en bestemt lov, den såkaldte statistiske lov. Ser man først på et eksempel, selvom det ikke er praktisk, er det abstraheret fra virkeligheden og har et praktisk grundlag. hydrofoner tages i brug, og der forudsættes standarden Rfc = 0,5 MΩ til bestemmelse af hydrofonens funktionsfejl. I de tidlige dage af brug blev en typisk fordeling af hydrofonens isolationsmodstand målt. De fleste af hydrofonerne har en isolationsmodstand Rm større end eller lig med 100 MΩ, mens 50 piezo keramisk skivesensor er underlagt eksponentiel lov. Det vil sige, at ved en bestemt temperatur gælder følgende formel.

2.2 Isolationsmodstand og hydrofonfølsomhed

Ud fra den tilsvarende kredsløbsanalyse kan hydrofonens isolationsmodstand betragtes som parallel med hydrofonens to ender. Efterhånden som antallet af vandmolekyler, der gennemtrænger overfladen af det piezokeramiske element og det indre vand gennem det vandtætte dækmateriale og bindingslaget stiger, vil hydrofonens isolationsmodstand Rm kontinuerligt falde. Sænkning af Rm til et vist niveau vil reducere hydrofonens følsomhed. Jo lavere driftsfrekvens, jo større er reduktionen i M. Det ækvivalente kredsløbsdiagram for den piezoelektriske keramiske hydrofon kan gives i form af en konstant strømkilde, og kan også gives i form af en konstant spændingskilde. Konstantspændingskilden er ækvivalent kredsløbsdiagram viser simuleringen og de faktiske måleresultater af følsomhedsreduktionen af en hydrofon under de forskellige isolationsmodstande. Både teoretiske beregninger og faktiske målinger beviser, at jo mindre hydrofonens statiske kapacitans er, jo større indvirkning har faldet i Rm på M. Da hydrofonens statiske kapacitans er ved at blive testet er meget stor, op til 100.000 pF, har reduktionen i isolationsmodstanden Rm en relativt lille effekt på dens følsomhed. Når Rm ≥ 10 kΩ, er effekten på M ubetydelig; når Rm < 10 kΩ, vil det have stor effekt på M, og hydrofonen vurderes som en fejl. Vi kalder den isolationsmodstandsværdi, der bestemmer hydrofonens fejl, som fejlværdien Rf. I ovenstående eksempel er Rf = 10 kΩ.

Det er klart, at hvis hydrofonens statiske kapacitans er 10000 pF, vil følsomheden blive væsentligt påvirket, når isolationsmodstanden er mindre end 100 kΩ. På dette tidspunkt er Rf=100 kΩ. Baseret på ovenstående resultater og værdien af hydrofonens følsomhed, som sonarmaskinen tillader, kan fejlkriteriet Rfc bestemmes. Rfc bør være mere end 10 gange større end Rf, for at sikre, at den gennemsnitlige isolationsmodstand for alle hydrofoner på arrayet er tæt på Rfc, antallet af hydrofoner, hvis isolationsmodstand Rm er mindre end Rf, det vil sige antallet af fejlhydrofoner er hæse. Inden for det område, som hele maskinen tillader. Derudover er hydrofonen installeret under skibets vandlinje. Når først hydrofonen viser sig at være defekt, er det generelt nødvendigt at vente, indtil skibet ligger til kaj for at implementere hydrofonudskiftningen, så der er en forsinkelse. I løbet af denne forsinkelsestid vil hydrofonens isolationsmodstand fortsætte med at falde. Derfor skal fejlstandarden Rfc sættes højere for at sikre, at hydrofonen kan bruges normalt inden udskiftning. Derudover har hydrofonens isolationsmodstand et stort forhold til omgivelsestemperaturen, og det skal tages fuldt ud i betragtning ved bestemmelse af fejlstandarden Rfc for hydrofonen.

2.3 Sammenhæng mellem isolationsmodstand og omgivelsestemperatur

Isoleringsmodstanden af piezokeramisk disk transducer er tæt forbundet med den omgivende temperatur: den omgivende temperatur stiger, isolationsmodstanden falder, Både teori og et stort antal praksis har bevist, at forholdet mellem isolationsmodstanden Rm af den piezoelektriske keramiske hydrofon. den omgivende temperatur svarer til forholdet mellem brugstiden og den eksponentielle lov. I formlen er Rmo isolationsmodstanden målt ved referencetemperaturen t0; k3 er I-type temperaturkoefficienten. På samme måde kan ovenstående formel også skrives i en mere bekvem og intuitiv form, k4 = exp(−k3), som er en type II temperaturkoefficient, derefter mo R ≈ R k , modificeret bariumtitanat piezoelektrisk keramisk hydrofon .Simuleringsresultater og målte resultater af sammenhængen mellem isolationsmodstand og omgivelsestemperatur. Måleresultaterne er tæt på simuleringsresultaterne, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. Simuleringsresultaterne og måleresultaterne af forholdet mellem isolationsmodstanden af PZT piezoelektrisk keramisk hydrofon og den omgivende temperatur er vist. Testresultaterne er også tæt på simuleringsresultaterne, k4=0,90~0,94/1°C. Forholdet mellem den piezoelektriske keramiske hydrofons isolationsmodstand og brugstiden er irreversibel; ellers er forholdet mellem den piezoelektriske keramiske hydrofons isolationsmodstand og omgivelsestemperaturen reversibel, det vil sige, når den omgivende temperatur vender tilbage til sin oprindelige værdi, dens isolering .

Modstanden vil også vende tilbage til sin oprindelige værdi. Hydrofonens isolationsmodstand varierer meget med den omgivende temperatur. For hver stigning på 11 °C i omgivelsestemperaturen reduceres isolationsmodstanden med ca. det halve. Sammenlignet med den modificerede bariumtitanat piezoelektriske keramiske hydrofon vil isolationsmodstanden for PZT piezoelektriske keramiske hydrofoner ændre sig mere med omgivelsestemperaturen. De ovennævnte variationsregler er forskellige for forskellige typer og forskellige specifikationer af piezoelektriske keramiske materialer med forskellige strukturer og forskellige vandtætte belægningsmaterialer, som skal bestemmes ved eksperimenter. Når man bestemmer fejlstandarden Rfc for en piezoelektrisk keramisk hydrofon, bør forholdet mellem hydrofonens isolationsmodstand og den omgivende temperatur tages i betragtning. For udstyr med høje krav til pålidelighed skal Rfc for den understøttende hydrofon bestemmes ved den højeste omgivende temperatur (f.eks. 30 °C). Når den omgivende temperatur falder, vil hydrofonens isolationsmodstand kun stige og vil ikke påvirke normal brug.

Hovedtilstanden for piezoelektriske keramiske hydrofoner er reduktionen af isolationsmodstanden. Mekanismen er, at vandmolekyler trænger ind i overfladen og indersiden af piezokeramiske komponenter gennem det vandtætte belægningsmateriale og bindingslaget. Isolationsmodstanden falder med den stigende brugstid og opfylder den eksponentielle lov. Isolationsmodstanden falder, når den omgivende temperatur stiger, og opfylder også den eksponentielle lov. Når isolationsmodstanden reduceres til et vist niveau, vil det have en betydelig indflydelse på hydrofonens følsomhed, og endnu værre i lavfrekvensområdet. Praktisk set er det praktisk at definere den gennemsnitlige tid for at falde den gennemsnitlige isolationsmodstand for et parti hydrofoner til den specificerede fejlstandard. Ved bestemmelse af fejlstandarden, baseret på forholdet mellem hydrofonens isolationsmodstand og følsomheden, tages forholdet mellem hydrofonens isolationsmodstand og omgivelsestemperaturen i betragtning fuldt ud, og forsinkelsen mellem hydrofonens svigt og implementeringen af udskiftningen er fundet, og fejlen øges passende.