اخبار

شما اینجا هستید: صفحه اصلی / اخبار / مبانی سرامیک پیزوالکتریک / مقاومت عایق و عمر متوسط هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک

مقاومت عایق و عمر متوسط هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک

بازدیدها: 45 نویسنده: ویرایشگر سایت زمان انتشار: 2019-10-16 منبع: سایت

پرس و جو کنید

هیدروفون های سرامیکی پیزوالکتریک به دلیل صاف بودن، عملکرد پایدار و ساختار ساده، کاربردهای گسترده ای در سونار دارند. حالت اصلی شکست هیدروفون های سرامیکی پیزوالکتریک کاهش مقاومت عایق است. میانگین مقاومت عایق هیدروفون کاهش می یابد تا از معیارهای شکست مشخص شده Rfc تجاوز کند که به عنوان یک شکست در نظر گرفته می شود. بنابراین، مطالعه تغییرات مقاومت عایق هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک، تأثیر کاهش مقاومت عایق بر حساسیت و تعیین میانگین عمر برای درک صحیح و تسلط بر عملکرد و شاخص قابلیت اطمینان هیدروفون از اهمیت بالایی برخوردار است. نگهداری و حفاظت نیز ارزش مرجع خاصی دارند.

1 میانگین عمر یک هیدروفون
با توجه به تئوری قابلیت اطمینان، تعداد محصولات مبدل دیسک پیزوالکتریک تحت شرایط یکسان مورد آزمایش قرار گرفتند و داده‌های عمر کل اندازه‌گیری شد. سپس، MTTF میانگین زمان پیش از خطا جایی است که r(t) تعداد تجمعی خرابی محصول در طول ساعات کاری از 0 تا t است. هنگامی که توزیع عمر محصول از توزیع نمایی تبعیت می کند، MTTF آن متقابل نرخ شکست λ (احتمال شکست محصول در یک زمان معین و زمان واحد پس از آن زمان) است، یعنی 1/λ. هیدروفون ها می توانند از MTTF برای نشان دادن میانگین عمر خود استفاده کنند. در مهندسی، معمولاً از میانگین عایق تمام هیدروفون‌های دسته استفاده می‌شود و مقاومت Rm به زمان tav استاندارد خطا Rfc به عنوان عمر متوسط کاهش می‌یابد. در مقدار Rfc، برخی از هیدروفون ها معیوب بوده اند. اگرچه سایر هیدروفون ها می توانند به طور عادی کار کنند، اما حساسیت آنها در باند فرکانس پایین به شدت کاهش می یابد که تأثیر جدی بر عملکرد آرایه گیرنده خواهد داشت. بنابراین باید در اسرع وقت تعویض شود. .

2 مقاومت عایق هیدروفون

2.1 مکانیسم و قانون کاهش مقاومت عایق

جزء اصلی یک هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک یک جزء سرامیکی پیزوالکتریک است. هنگامی که جزء سرامیکی پیزوالکتریک خشک می شود، مقاومت عایق بالا است و زمانی که مولکول های آب نفوذ می کنند، مقاومت عایق کمتر است. هر چه مولکول های آب بیشتر نفوذ کنند، مقاومت عایق کاهش می یابد. هیدروفون های سرامیکی پیزوالکتریک سال ها در آب کار می کنند. اجزای سرامیکی پیزوالکتریک توسط مواد ضد آب (مانند نئوپرن، پلی اورتان و غیره) محصور می شوند، اما مولکول های آب همیشه از سطح این مواد یا دو ماده عبور می کنند. سطح اتصال به سطح و داخل قطعه سرامیکی پیزوالکتریک نفوذ می کند، به طوری که مقاومت عایق هیدروفون کمتر است. هرچه مدت زمان بیشتری از هیدروفون استفاده شود، مولکول های آب بیشتری در سطح و داخل قطعه سرامیکی پیزو جمع می شود و هر چه مقاومت عایق بیشتر باشد، هیدروفون بیشتر دچار نقص می شود. از تحلیل فوق می توان دریافت که افت مقاومت عایق هیدروفون اجتناب ناپذیر و غیر قابل برگشت است. ما نمی توانیم اجازه دهیم مقاومت عایق هیدروفون پایین نیاید، تنها کاری که می توانیم انجام دهیم این است که سرعت افت را به تاخیر بیندازیم. کاهش سرعت مقاومت عایق به معنای افزایش عمر هیدروفون است. اندازه گیری زیر را می توان برای کاهش مقاومت عایق هیدروفون استفاده کرد (1) استفاده از قطعات سرامیکی پیزوالکتریک با جذب رطوبت کم. به طور کلی، مواد با چگالی بالاتر رطوبت کمتری نسبت به مواد با چگالی کمتر دارند. مواد سرامیکی پیزوالکتریک PZT که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند دارای چگالی 7.8 گرم بر سانتی متر مکعب هستند، و مواد سرامیکی پیزوالکتریک باریم تیتانات که به ندرت استفاده می شود دارای چگالی 5.7 گرم بر سانتی متر مکعب هستند و دومی دارای 'رطوبت سنجی' بسیار بیشتر است. 2) از مواد ضد آب با نفوذپذیری کم آب استفاده کنید. (3) بهبود فرآیند تولید هیدروفون ها، و اغلب اثرات آشکار دریافت می کنند. برای یک هیدروفون پیزوسرامیک، ما نمی‌توانیم قانون افت مقاومت عایق آن را پیش‌بینی کنیم و همچنین نمی‌توانیم زمان خرابی آن را پیش‌بینی کنیم. اما برای دسته ای از هیدروفون ها و تعداد این هیدروفون ها زیاد است، مقاومت عایق آن ها از قانون خاصی پیروی خواهد کرد که اصطلاحاً به آن قانون آماری می گویند. نگاه اول به یک مثال، اگرچه عملی نیست، اما از واقعیت انتزاع شده و مبنای عملی دارد. هیدروفون ها مورد استفاده قرار می گیرند و استاندارد Rfc = 0.5 MΩ برای تعیین نقص عملکرد هیدروفون فرض می شود. در روزهای اولیه استفاده، توزیع معمولی مقاومت عایق هیدروفون اندازه گیری شد. اکثر هیدروفون ها دارای مقاومت عایق Rm بیشتر یا مساوی 100 MΩ هستند، در حالی که 50 سنسور دیسک سرامیکی پیزو تابع قانون نمایی است. یعنی در دمای مشخصی فرمول زیر برقرار است.

2.2 مقاومت عایق و حساسیت هیدروفون

از تجزیه و تحلیل مدار معادل، مقاومت عایق هیدروفون را می توان موازی با دو سر هیدروفون در نظر گرفت. با افزایش تعداد مولکول های آب که به سطح عنصر پیزو سرامیکی و آب داخلی از طریق مواد پوششی ضد آب و لایه پیوندی نفوذ می کنند، مقاومت عایق Rm هیدروفون به طور مداوم کاهش می یابد. کاهش Rm به یک سطح خاص، حساسیت هیدروفون را کاهش می دهد. هر چه فرکانس کاری کمتر باشد، کاهش M بیشتر می شود. نمودار مدار معادل هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک را می توان به صورت منبع جریان ثابت و همچنین به صورت منبع ولتاژ ثابت ارائه کرد. منبع ولتاژ ثابت نمودار مدار معادل است، نتایج شبیه‌سازی و اندازه‌گیری واقعی کاهش حساسیت یک هیدروفون را تحت مقاومت‌های مختلف عایق نشان می‌دهد. هم محاسبات نظری و هم اندازه‌گیری‌های واقعی ثابت می‌کنند که هرچه ظرفیت استاتیکی هیدروفون کوچک‌تر باشد، تأثیر کاهش Rm بر M بیشتر است. از آنجایی که ظرفیت استاتیکی هیدروفون در حال آزمایش بسیار بزرگ است، تا 100000 pF، کاهش مقاومت عایق Rm تأثیر نسبتاً کمی بر حساسیت آن دارد. هنگامی که Rm ≥ 10 کیلو اهم باشد، تأثیر روی M ناچیز است. هنگامی که Rm < 10 کیلو اهم باشد، تأثیر زیادی روی M خواهد داشت و هیدروفون به عنوان یک خطا در نظر گرفته می شود. ما مقدار مقاومت عایق را که خطای هیدروفون را تعیین می کند، مقدار خطا Rf می نامیم. در مثال بالا، Rf = 10 کیلو اهم.

بدیهی است که اگر ظرفیت استاتیکی هیدروفون 10000 pF باشد، هنگامی که مقاومت عایق کمتر از 100 کیلو اهم باشد، حساسیت به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار می گیرد. در این زمان، Rf=100 کیلو اهم. بر اساس نتایج فوق و مقدار حساسیت هیدروفونی که دستگاه سونار اجازه می دهد، می توان معیار خرابی Rfc را تعیین کرد. Rfc باید بیش از 10 برابر بزرگتر از Rf باشد، تا اطمینان حاصل شود که میانگین مقاومت عایق همه هیدروفون های آرایه نزدیک به Rfc است، تعداد هیدروفون هایی که مقاومت عایق آنها Rm کمتر از Rf است، یعنی تعداد هیدروفون های خطای خشن است. در محدوده مجاز کل دستگاه. علاوه بر این، هیدروفون در زیر خط آب کشتی نصب شده است. هنگامی که هیدروفون معیوب تشخیص داده شد، به طور کلی باید منتظر بمانید تا کشتی برای اجرای جایگزینی هیدروفون پهلو بگیرد، بنابراین تاخیر وجود دارد. در طول این زمان تاخیر، مقاومت عایق هیدروفون همچنان کاهش می یابد. بنابراین، استاندارد خطا Rfc باید بالاتر تنظیم شود تا اطمینان حاصل شود که هیدروفون می تواند به طور معمول قبل از تعویض استفاده شود. علاوه بر این، مقاومت عایق هیدروفون ارتباط زیادی با دمای محیط دارد و هنگام تعیین استاندارد خطای Rfc هیدروفون باید کاملاً در نظر گرفته شود.

2.3 رابطه بین مقاومت عایق و دمای محیط

مقاومت عایق مبدل دیسک پیزوسرامیک ارتباط نزدیکی با دمای محیط دارد: دمای محیط افزایش می‌یابد، مقاومت عایق کاهش می‌یابد، هم تئوری و هم تعداد زیادی از روش‌ها ثابت کرده‌اند که رابطه بین مقاومت عایق Rm هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک وجود دارد. دمای محیط شبیه رابطه بین زمان استفاده و قانون نمایی است. در فرمول، Rmo مقاومت عایق اندازه گیری شده در دمای مرجع t0 است. k3 ضریب دمایی نوع I است. به طور مشابه، فرمول فوق را می‌توان به شکل راحت‌تر و شهودی‌تر نوشت، k4 = exp(-k3)، که یک ضریب دمایی نوع II است، سپس moR ≈ Rk، هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک باریم تیتانات اصلاح‌شده. نتایج شبیه‌سازی و نتایج اندازه‌گیری شده از رابطه بین مقاومت عایق و دمای محیط. نتایج اندازه گیری نزدیک به نتایج شبیه سازی است، k4 = 0.94 ~ 0.95 / 1 ° C. نتایج شبیه سازی و نتایج اندازه گیری رابطه بین مقاومت عایق هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک PZT و دمای محیط نشان داده شده است. نتایج آزمون نیز به نتایج شبیه سازی نزدیک است، k4=0.90~0.94/1°C. رابطه بین مقاومت عایق هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک و زمان استفاده غیر قابل برگشت است. در غیر این صورت، رابطه بین مقاومت عایق هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک و دمای محیط برگشت پذیر است، یعنی زمانی که دمای محیط به مقدار اولیه خود یعنی عایق آن بازگردد.

مقاومت نیز به مقدار اولیه خود باز خواهد گشت. مقاومت عایق هیدروفون با دمای محیط بسیار متفاوت است. به ازای هر 11 درجه سانتیگراد افزایش دمای محیط، مقاومت عایق تقریباً به نصف کاهش می یابد. در مقایسه با هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک پیزوالکتریک باریم تیتانات اصلاح شده، مقاومت عایق هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک PZT با دمای محیط بیشتر تغییر می کند. قوانین تغییرات ذکر شده در بالا برای انواع مختلف و مشخصات مختلف مواد سرامیکی پیزوالکتریک ساختارهای مختلف و مواد پوشش ضد آب مختلف متفاوت است که نیاز به آزمایش دارد. هنگام تعیین استاندارد شکست Rfc یک هیدروفون سرامیکی پیزوالکتریک، رابطه بین مقاومت عایق هیدروفون و دمای محیط باید به طور کامل در نظر گرفته شود. برای تجهیزات با الزامات قابلیت اطمینان بالا، Rfc هیدروفون پشتیبانی باید در بالاترین دمای محیط (مثلاً 30 درجه سانتیگراد) تعیین شود. بنابراین، هنگامی که دمای محیط کاهش می یابد، مقاومت عایق هیدروفون تنها افزایش می یابد و بر استفاده معمولی تأثیر نمی گذارد.

حالت اصلی هیدروفون های سرامیکی پیزوالکتریک کاهش مقاومت عایق است. مکانیسم این است که مولکول های آب از طریق مواد پوششی ضد آب و لایه پیوند به سطح و داخل اجزای سرامیکی پیزو نفوذ می کنند. مقاومت عایق با افزایش زمان استفاده کاهش می یابد و قانون نمایی را برآورده می کند. مقاومت عایق با افزایش دمای محیط کاهش می یابد و همچنین با قانون نمایی مطابقت دارد. هنگامی که مقاومت عایق تا حد معینی کاهش یابد، تأثیر قابل توجهی بر حساسیت هیدروفون و حتی در محدوده فرکانس پایین بدتر خواهد داشت. در عمل، تعیین میانگین زمان کاهش میانگین مقاومت عایق دسته ای از هیدروفون ها به استاندارد خرابی مشخص شده راحت است. در تعیین استاندارد عیب، بر اساس رابطه بین مقاومت عایق هیدروفون و حساسیت، رابطه بین مقاومت عایق هیدروفون و دمای محیط به طور کامل در نظر گرفته شده و تاخیر بین خرابی هیدروفون و اجرای تعویض پیدا می شود و عیب به طور مناسب افزایش می یابد.