Paineenkestävä hydrofoni, joka perustuu pietsosähköiseen keraamiseen pallomaiseen kuoreen

Perustuu paineenkestoon Pietsosähköinen keraaminen pallomainen kuori itsessään, paineenkestävä.hydrofoni suunniteltiin ja valmistettiin käyttämällä säteittäisesti napaista ilmataustaa pietsosähköistä keraamista pallomaista kuorta.anturia akustisena herkänä elementtinä. Ensin analysoitiin ja simuloitiin elementtimenetelmällä akustiset ominaisuudet, kuten matalataajuinen avoin piiri.vastaanottoherkkyys ja värähtelytaajuus. Sitten analysoitiin paineenkestokyky, kuten lujuus ja vakaus, myös FE-ohjelmistolla simuloituna. Lopuksi testattiin sen akustinen suorituskyky ja paineenkestävyys. Testitulokset osoittavat, että paineenkestävän hydrofonin halkaisija on 36 mm ja sen toimintataajuusalue on 50 Hz - 10 kHz. Matalan taajuuden paineherkkyys on 198:4 dB (0 dB ref 1 V/Pa), melutaso on 46,5 dB taajuudella 1 kHz ja sen työsyvyys on 3000 m. Tämä paineenkestävä hydrofoni toimii referenssinä syvän veden hydrofonien suunnittelussa ja sillä on tärkeä sovellusarvo syvän veden akustiikan alalla.

 

esittely

 

2000-luvulle tultuaan syvänmeren tutkimus- ja kehitystyö on saanut yhä enemmän huomiota ja siitä on tullut kuuma kilpailualue maiden välillä. Paineenkestävät hydrofonit ovat välttämättömiä laitteita syvänmeren kehityksessä. Lisäksi eri maiden sotilastekniikan nopean kehityksen myötä erilaiset vedenalaiset laitteet, kuten sukellusveneet, torpedot, vedenalaiset miehittämättömät ilma-alukset (UUV), vedenalaiset purjelentokoneet (UUG), vedenalaiset robotit (ROV), upotettavat kohteet jne. Syvyyden kasvaessa nämä syvänmeren laitteet on yleensä varustettava paineenkestävällä hydrofonilla, joka pystyy saavuttamaan työsyvyytensä. Korkean hydrostaattisen paineen vaikutusten kestämiseksi paineenkestävät hydrofonit käyttävät yleensä erityisiä paineenkestäviä rakenteita tai sisäisiä ja ulkoisia painetasapainorakenteita, kuten paineenalennus- tai paineentasausrakenteita, öljytäytteisiä, ylivuotorakenteita jne. Öljytäytteiset ja ylivuotorakenteet kestävät teoriassa koko meren syvyyden staattista painetta ja ovat yleisimmin käytettyjä paineenkestäviä hydrofoneja. Näiden kahden rakenteen paineenkestävät hydrofonit käyttävät yleensä pietsosähköistä keraamista putkea vastaanottavana muuntimena. Tällä pietsosähköisellä keraamisella putkihydrofonilla on yksinkertaisen rakenteen ja tekniikan edut, mutta sen edut ovat myös matalan matalataajuisen avoimen piirin jänniteherkkyys. Haitat. Säteittäisesti polarisoitu pietsosähköinen putki on leikattu vastaanottoherkkyyden parantamiseksi, mutta se myös kaventaa suuresti työtaajuuskaistaa, joka on vain 10/200 Hz. Jos pietsosähköisen keraamisen pyöreän putken hydrofonin vastaanottotaajuuskaista on lähellä sen resonanssitaajuutta, vaikka herkkyyttä voidaan parantaa, sen toimintataajuuskaista on voimakkaasti rajoitettu ja herkkyyskäyrän tasaisuus menetetään. Pietsosähköisten pyöreäputkimuuntimien lisäksi akustisten painehydrofonien vastaanottomuuntimia käytetään yleisesti myös pietsosähköisiä pallomaisia ​​kuoriantureita. Pietsosähköisellä pallomaisella kuorimuuntimella on monia etuja, kuten yksinkertainen rakenne ja prosessi, korkea herkkyys, hyvä monisuuntaisuus ja työtaajuuden kaistanleveys. Vielä tärkeämpää on, että materiaalin ja rakenteen ominaisuudet määräävät, että pietsosähköisellä keraamisella pallomaisella kuorella itsessään on korkea vastus. Öljytäytteisen tai ylivuotorakenteen lisäksi tämä tarjoaa toisen mahdollisuuden paineenkestoisten hydrofonien suunnitteluun, eli ilmataustaisen pietsosähköisen pallomaisen kuoren käyttämiseen paineenkestävän hydrofonin vastaanottomuuntimena.

 

1 Akustiset vastaanottoominaisuudet pietsosähköinen pallomainen kuorimuunnin

 

 Matalataajuinen vastaanottoherkkyys

 

Muodon ja käsittelytekniikan rajoittamana pietsosähköisissä keraamisissa pallomaisissa kuorissa on yleensä vain yksi polarisaatiomuoto: radiaalinen polarisaatio, ja positiiviset ja negatiiviset elektrodit ovat vastaavasti pallomaisen kuoren sisä- ja ulkopinnalla. Pietsosähköiselle pallomaiselle vaippaanturille, jonka sisäsäde on a ja ulkosäde b, kun siihen kohdistuu äänenpaine p0, jonka taajuus on paljon pienempi kuin sen sisäinen taajuus, pietsosähköisen pallomaisen kuoren sisä- ja ulkoelektrodin välille syntyy potentiaaliero V. Hydrofonin vastaanottoherkkyys ilmaistaan ​​yleensä vapaan kentän vastaanottoherkkyydellä Me. Me määritellään hydrofonin ulostulossa olevan avoimen piirin jännitteen suhteeksi vapaan kentän äänenpaineeseen hydrofonin asemassa äänikentässä. Sen desibelimuoto on vapaan kentän vastaanottoherkkyys. . Siksi matalataajuinen avoimen piirin vastaanottojännite herkkyys ilmataustaisen pietsosähköisen pallomaisen kuoren. Olettaen, että pietsosähköinen materiaali on tässä artikkelissa käytetty materiaali, kun t on vakio, mitä suurempi b on, eli mitä suurempi pietsosähköisen pallomaisen kuoren ulkohalkaisija on, sitä suurempi on herkkyys; Kun b on varma ja t 0,36, herkkyys on pienin, ja tätä kohtaa tulisi välttää suunnittelussa; kun b on varma ja t <0:36, mitä pienempi t, eli mitä ohuempi pietsosähköinen pallomainen kuori on, sitä suurempi on herkkyys.

 

1.2 Resonanssitaajuus

 

Ohut pietsosähköinen pallomainen vedenalainen akustinen muunnin , sen resonanssitaajuus ilmassa. Voidaan nähdä, että ohuen pietsosähköisen pallomaisen kuoren resonanssitaajuus on vain sen keskimääräinen säde r ja materiaalin tiheys s, Youngin moduuli Y E11 Se liittyy Poissonin suhteeseen, joka vastaa sen yksinkertaistamista isotrooppisen elastisen materiaalin pallomaiseksi kuoreksi. Voidaan nähdä, että kun pietsosähköistä materiaalia määritetään, mitä suurempi on pallomaisen kuoren keskimääräinen säde r, sitä suurempi on resonanssipiste ja sitä leveämpi työkaistanleveys. Pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin lisääntyneen säteilyimpedanssin vuoksi vedessä sen resonanssitaajuus on hieman pienempi kuin resonanssitaajuus ilmassa. Kun pietsosähköistä pallomaista hydrofonia käytetään matalataajuiseen vastaanottoon, sen herkkyyden tasaisuuden varmistamiseksi sen toimintataajuus on kaukana sen resonanssitaajuudesta. Suunnittelussa yleensä vaaditaan, että sen resonanssitaajuus on vähintään 5 kertaa toimintansa ylärajataajuus.

 

 

 

2 Pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin paineenkestokyvyn analyysi

 

Painetta kestävien rakenteiden murtumismuotoja ovat pääasiassa lujuusvauriot, jäykkyysvauriot, vakavuusvauriot ja korroosiovauriot. Suurisyvyyshydrofoneissa sen kantama kuorma on pääasiassa ulkoista vedenpainetta, ja sen vikatilat ovat pääasiassa lujuusvaurio ja vakavuushäiriö. Pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin kahta vikatilannetta käsitellään alla.

 

2.1 Lujuuden murtumisanalyysi

Lujuusvauriolla tarkoitetaan ilmiötä, että säiliössä tapahtuu peruuttamatonta muodonmuutosta tai murtumista sen jälkeen, kun maksimijännitys ylittää myötörajan, jolloin säiliö menettää kantokykynsä. Lujuusvauriota vastaa pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin suurin sallittu paine. Pyörivän vaipan momenttivapaan teorian mukaan pallomainen kuori tuottaa ulkoisen paineen p vaikutuksesta aksiaalisen vetojännityksen z ja vanteen vetojännityksen, ja nämä kaksi ovat arvoltaan yhtä suuret. Niistä D0 on pallomaisen kuoren ulkopuolella Halkaisija, yksikkö on mm; on pallomaisen kuoren paksuus, yksikkö on mm. Suurimman pääjännityksen teorian mukaan paineenkestävän rakenteen suunnittelun tulee täyttyä. Niiden joukossa on sallittu stressi. Kotimaani kansallisen standardin GB 150.3 mukaan materiaalistandardin normaalilämpötilan myötöraja Rel varmuuskerroin on ns = 1:5. Pietsosähköisessä pallomaisessa kuoressa käytetyn pietsosähköisen keraamisen materiaalin P-51 normaalilämpötilan myötöraja on Rel = 137:9 MPa, joten materiaalin sallittu jännitys [] = Rel/ns = 91:9 MPa. Korvaamalla parametrin t pietsosähköisen pallomaisen kuoren anturin suurin sallittu paine voidaan saada, koska on helppo tietää, että mitä suurempi pallomaisen vaipan paksuuden suhde t ulkohalkaisijaan, sitä vahvempi on pietsosähköisen pallomaisen kuoren lujuus- ja paineenkestokyky.

 

2.2 Vakavuushäiriöanalyysi

Stabiilisuushäiriö viittaa ilmiöön, jossa säiliö muuttuu stabiilista tasapainotilasta toiseen epävakaaseen tilaan ulkoisen kuormituksen vaikutuksesta ja sen muoto muuttuu äkillisesti ja menettää normaalin työkykynsä. Stabiilisuushäiriötä vastaa pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin kriittinen epävakauden sallittu paine. Pienen muodonmuutoksen teorian mukaan pallomaisen kuoren kriittisellä epästabiilisuuspaineella pcr ulkoisen voiman vaikutuksesta on suuri virhe tälle kaavalle, joten kompensoimiseen käytetään usein suurta turvatekijää. GB 150.3:n mukaan vakavuusturvatekijäksi otetaan m = 14:25, joten kehän epästabiilisuuden sallittu kriittinen paine [p] = pcr/m. Korvaamalla parametrin t samalla tavalla, pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin kehän epävakauden sallittu kriittinen paine on helppo tietää. Kun pietsosähköistä materiaalia määritetään, mitä suurempi pallomaisen vaipan paksuuden suhde t ulkohalkaisijaan, sitä suurempi on paine Sähköisen kuulakuoren vakaus ja paineenkestävyys on vahvempi.

 

3 Elementtisimulaatio

Yllä olevasta analyysistä voidaan todeta, että pietsosähköisen pallomaisen kuoren herkkyyden ja työtaajuuden osalta mitä suurempi ulkohalkaisija, sitä ohuempi, sitä parempi; ja sen paineenkestävyyden vuoksi mitä pienempi ulkohalkaisija on, sitä paksumpi on paksuus. se on hyvä. Toisin sanoen akustinen suorituskyky ja paineenkestokyky ovat vastakkaisia. Ottaen huomioon akustisen suorituskyvyn ja paineenkeston vaatimukset sekä pallomaisen kuoren käsittelyn vaikeus ja kustannukset (yleensä mitä suurempi ulkohalkaisija, sitä suurempi paksuus, sitä suurempi käsittelyvaikeus ja korkeammat kustannukset), suunnitellun pallomaisen kuoren ulkosäde b = 15 mm, paksuus = 3 mm. Pallomaisessa kuoressa käytetty pietsosähköinen materiaali on P-51, sen pietsosähköinen kerroin g33 = 25:6 10 3 V m/N, g31 = 9:6 10 3 V m/N, tiheys s = 7600 kg/m3, Youngin moduuli Y Pa E11 = 10:0' 0:36.

 

3.1 Pietsosähköisen pallomaisen kuoren akustisten ominaisuuksien simulointi

Pietsosähköisen pallomaisen kuorimuuntimen akustisten vastaanotto-ominaisuuksien analyysin oikeellisuuden tarkistamiseksi sen mallintamiseen ja simulointiin käytetään elementtianalyysimenetelmää ja simulointiohjelmistoa COMSOL5.4.

 

3.1.1 Vastaanottoherkkyyden simulointi

Luo ensin kolmiulotteinen pallomainen kuorirakennemalli. Mallintamisen geometrian yksinkertaistamiseksi ja ratkaisun nopeuttamiseksi malli luo vain 1/8 pietsosähköistä pallomaista kuorta ja käyttää 3 tasosymmetriarajoitusta täydellisen pallomaisen kuoren saavuttamiseksi. Luo pietsosähköisen materiaalin radiaalinen polarisaatiokoordinaattijärjestelmä pallokoordinaateissa ja käytä pietsosähköisen materiaalin P-51 materiaaliparametreja. Aseta rajakuormitukseksi 0,1 MPa ulkopinnan paine ja ei painetta sisäpinnalle. Suorittamalla taajuusalueen analyysi, se ratkaistaan ​​vakaan tilan ongelmana. Kuvassa 2 on esitetty simulaatiotulokset pietsosähköisen pallomaisen kuoren potentiaalijakaumasta, kun se altistetaan paineelle taajuudella 500 Hz ja paineella 0,1 MPa.

Korvaamalla kaavaan pietsosähköisen pallomaisen kuoren koko ja materiaaliparametrit, voidaan saada teoreettinen avoin piiri, kun se altistetaan 0,1 MPa:n matalataajuiselle äänenpaineelle.

Lähtöjännite on 11,646 V. Kuvasta 2 voidaan nähdä, että kun pietsosähköiseen pallomaiseen kuoreen kohdistetaan 0,1 MPa@500 Hz äänenpaine, sen lähtöjännitteen simulointitulos on 11,632 V, mikä on yhdenmukainen teoreettisen arvon kanssa. Tällä hetkellä sen herkkyys on 198,7 dB@500 Hz (0 dB = 1 V/Pa).

 

3.1.2 Resonanssitaajuuden simulointi

Seuraavassa käytetään myös elementtisimulaatiomenetelmää pietsosähköisen keraamisen pallomaisen kuoren resonanssitaajuuden simuloimiseen, ja simulointitaajuuskaista on 1 Hz/200 kHz. Ensin pietsosähköisen pallomaisen kuoren materiaali yksinkertaistetaan isotrooppiseksi elastiseksi materiaaliksi ja sille suoritetaan taajuuspyyhkäisyanalyysi ja sen muodonmuutoksen taajuusvastekäyrä on esitetty kuvassa 3. Kaavan (3) mukaan pietsosähköisen pallomaisen kuoren resonanssitaajuus fa ilmassa on 5557 kHz. Kuvasta 3 voidaan nähdä, että resonanssitaajuuden simuloitu arvo on 58,9 kHz, mikä on periaatteessa yhdenmukainen teoreettisen arvon kanssa. On huomattava, että kaava (3) on vain yksinkertaistettu laskenta isotrooppiselle ohuelle pallomaiselle kuorelle, ja pietsosähköinen pallomainen kuorimateriaali ei ole isotrooppinen ja paksuus on suhteellisen paksu, kaavan (3) suora soveltaminen aiheuttaa tiettyjä virheitä. Jos pietsosähköisen keramiikan täydelliset parametrit korvataan, avoimen piirin jänniteherkkyyden taajuusvastekäyrä on esitetty kuvassa 4. Kuvasta 4 voidaan nähdä, että 1 Hz 10 kHz:n taajuuskaistalla pietsosähköisen pallomaisen kuoren herkkyyskäyrä on hyvin tasainen, jonka herkkyys on 1,98et analyysin kanssa. Resonanssitaajuudesta tulee 72,1 kHz, mikä on hieman suurempi kuin kaavan (3) laskentatulos, mutta se ei vaikuta kaavan pätevyyteen teknisissä sovelluksissa. Koska pietsosähköisen materiaalin asiaankuuluvaa vaimennuskerrointa ei voida saada, mallin joustavuusmatriisihäviökerroin ja pietsosähköisen matriisin häviökerroin asetetaan arvoon 0, mikä johtaa simulaatioon, että pietsosähköisen pallomaisen kuoren herkkyys resonanssitaajuudella on 155 dB, itse asiassa pienempi kuin tämän arvon pitäisi olla.

3.2 Simulointi paineenkestävyyden suorituskyvyn pietsosähköinen pallomainen kuori

Paineresistanssin teoreettinen laskentakaava osiossa 2 on yksinkertaistettu kaava, joka on tiivistetty teknisen sovelluksen ja varsinaisen pietsosähköisen pallomaisen kuoren helpottamiseksi. Asennustarpeiden vuoksi aukkoja aukeaa, mikä saattaa aiheuttaa todellisen painekapasiteetin olevan ristiriidassa teoreettisten laskentatulosten kanssa. Pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin painekyvyn saamiseksi mahdollisimman tarkasti rakenteen staattinen simulointi ja ominaisarvon nurjahdussimulaatio suoritettiin vastaavasti elementtianalyysiohjelmistolla Workbench.

 

3.2.1 Rakenteen staattinen simulointi

Rakenteellisen staattisen simuloinnin avulla voidaan saada jännitysjakautuma koko rakenteeseen, kun rakenne on kuormitettu. Siksi tunnetun materiaalin suurin sallittu jännitys on

Suurin sallittu paine, jonka se voi kestää, voidaan simuloida. Pallomaisesta kuoresta muodostetaan kolmiulotteinen malli ja kiinnitysreiät asetetaan pallomaiseen vaippamalliin. Ota käyttöön pallomainen kuori

Heksaedrimenetelmää käytetään ristikon jakamiseen, ja rullatuet asetetaan sylinterimäiselle pinnalle ja asennusreiän alatasolle, ja paine kohdistetaan pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin ulkopintaan.

Muuta jatkuvasti paineen kokoa ja suorita sille rakenteellinen staattinen analyysi. Simulaatiossa havaittiin, että kun ulkopinnalle kohdistettu paine saavuttaa 28 MPa, pietsosähköinen

Pallomaisen kuoren maksimijännitys on 151 MPa ja sen jännitysjakauma on esitetty kuvassa 5 (Sisäisen jännityksen havainnoinnin helpottamiseksi pietsosähköinen pallomainen kuori leikataan keskiviivaa pitkin näyttämään

Show). On huomattava, että maksimijännitys esiintyy vain kiinnitysreiän fileen rajaviivalla ja muissa muissa paikoissa maksimijännitys on tätä pienempi.

Pietsosähköisen materiaalin turvallinen sallittu jännitys on 91,9 MPa, joten pietsosähköisen pallomaisen kuoren suurin sallittu paine voi simulaation mukaan olla 28 MPa. Ja juuri

Kaavan (6) mukaan pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin suurin sallittu paine voidaan saada arvoksi 36,8 MPa. Voidaan nähdä, että pallomaisen kuoren puristuslujuus rei'ityksen jälkeen on pienempi kuin täydellisen kuoren puristuslujuus.

Koko pallomaisen kuoren teoreettinen lujuus. Simulaatiossa asennusreiän kohdalla muutamissa paikoissa esiintyvä jännityskeskittymäilmiö ylittää sallitun turvajännityksen ja vaikuttaako se pietsosähköisen pallomaisen kuoren paineenkestävyyteen, jää painetestillä tarkistettavaksi.

 

3.2.2 Ominaisarvojen nurjahduksen simulointi

Ominaisarvon lommahdussimulaatiolla voidaan saada ohutkuoristen rakenteiden nurjahdusmuodot ja niitä vastaavat kriittiset lommahduspaineet. Pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin ulkopintaan kohdistettiin 1 MPa:n paine ja sen ominaisarvon nurjahdusanalyysi suoritettiin. Simulaatiotulokset osoittavat, että ensimmäisen asteen nurjahdustila on esitetty kuvassa 6 ja ensimmäisen kertaluvun aaltoluku n = 4, mikä on yhdenmukainen pallomaisen kuoren epävakausominaisuuksien kanssa. Ensimmäisen kertaluvun nurjahduskuormitus on 3379, joten sen ensimmäisen kertaluvun kriittinen kuorma on 3379 MPa. Koska ensimmäinen kertaluokka on nurjahduskuorman pienin arvo, tämä tarkoittaa, että pietsosähköinen pallomainen kuorirakenne ei ole stabiili ennen kuin teoreettinen paine saavuttaa 3379 MPa. Kaavan (7) mukaan pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin kehän epästabiiliuden kriittinen paine voidaan saada arvoksi 2970 MPa, mikä on periaatteessa yhdenmukainen simulaatiotulosten kanssa. Elementtisimulaatiotulokset osoittavat, että pietsosähköisen pallomaisen kuorianturin suurin sallittu paine on 28 MPa ja sen kriittinen nurjahduspaine on 3379 MPa, mikä osoittaa, että ulkoisen paineen edelleen kasvaessa pietsosähköinen pallomainen kuori muuttuu.

 

4 Pallopainehydrofonin kehitys ja suorituskykytesti

4.1 Pallomaisen paineenkestävän hydrofonin kehittäminen

Tässä paperissa radiaalisesti polarisoitu ilmataustainen Pietsosähköistä pallomaista kuorianturia käytetään akustisena vastaanottoanturina, ja pallomainen paineenkestävä hydrofoni on suunniteltu ja valmistettu. Pallomaisessa paineenkestävässä hydrofonissa käytetyn pietsosähköisen pallomaisen kuoren ulkosäde on 15 mm, pallomaisen kuoren paksuus 3 mm ja pallomaiseen kuoreen käytetty pietsosähköinen keraaminen materiaali on P-51. Pietsosähköisen pallomaisen kuoren sisäpuoli on ontelo, ja uloin kerros on peitetty ääntä läpäisevällä kumikerroksella eristämään, tiivistämään ja suojaamaan. Ääntä läpäisevän kumin paksuus on 3 mm. Pallomaisen paineenkestävän hydrofonin fyysinen kohde. Koko hydrofonin halkaisija on 36 mm.

 

 

4.2 Pallopainehydrofonin suorituskykytesti

 

4.2.1 Vastaanottoherkkyystesti

Valmis pallomainen paineenkestävä hydrofoni sijoitetaan seisova-aaltoputkeen ja sen matalataajuinen avoimen piirin vastaanottoherkkyys testataan vertailumenetelmällä. Pallonkestävä

Painehydrofoni ja tavallinen hydrofoni ripustetaan samalle korkeudelle seisovaaaltoputkeen samanaikaisesti, mikä muuttaa seisovan aaltoputken äänilähteen emissiotaajuutta ja tallentaa molemmat samanaikaisesti

Vertailumenetelmän avulla vastaanottoherkkyys pallomainen paineenkestävä hydrofoni . saadaan Käytetty seisova aaltoputki voi tuottaa vain 50 1000 Hz:n yhdistelmän

Grid seisova aalto, joten mittaustaajuuskaista tällä kertaa on 50 1000 Hz. Pallomaisen paineenkestävän hydrofonin herkkyyskäyrän mittaustulokset on esitetty kuvassa 8.

Testitulos osoittaa, että pallomaisen paineenkestävän hydrofonin herkkyys 50 1000 Hz:n taajuusalueella on noin 198,4 dB, mikä on periaatteessa yhdenmukainen teoreettisen arvon kanssa. sisään

Alueella 50 1000 Hz herkkyyden vaihtelu ei ylitä 0,5 dB. Seisovan aallon putki voidaan kalibroida vain alle 1 kHz:n taajuudella. Taajuusalueella 1 kHz - 10 kHz mittaus suoritetaan kaiuttomassa säiliössä. Aseta valmis pallomainen paineenkestävä hydrofoni ja tavallinen hydrofoni samaan asentoon kaiuttomassa säiliössä, käytä äänilähdettä eritaajuisten yksitaajuisten signaalien toistamiseen ja käytä vertailumenetelmää vastaanottoherkkyyden mittauksen suorittamiseen. Pallomaisen paineenkestävän hydrofonin herkkyyskäyrän mittaustulokset taajuuksilla 1 kHz ja 10 kHz on esitetty kuvassa 9. Testituloksista voidaan nähdä, että pallomaisen paineenkestävän hydrofonin herkkyys taajuuskaistalla 1 kHz ja 10 kHz on noin 198 dB, mikä on periaatteessa yhteneväinen arvon kanssa. Alueella 1 kHz - 10 kHz herkkyyden vaihtelu ei ylitä 1,4 dB.

 

4.2.2 Itseäänitysti

 

Sen varmistamiseksi, että hydrofoni pystyy poimimaan heikkoja äänisignaaleja, hydrofonilla on oltava pienempi ekvivalenttinen omakohina. Pallopaineinen hydrofoni

Se sijoitetaan tyhjiösäiliöön, jossa on sähkömagneettinen suojaus, vaimennus ja tärinänvaimennus, ja itsekohinatesti suoritetaan BK-3050 signaalinhankintakortilla erittäin hiljaisella äänellä.

Pallomaisen paineenkestävän hydrofonin ekvivalentti itsekohinaspektri on esitetty punaisella yhtenäisellä viivalla kuvassa 10. Kuvan 10 musta katkoviiva on aikaisin valtameren melututkimus. Kundsonin [9] tiivistää 0-tason meritilan valtameren taustamelun spektritaso. Kundsonin käyrän mukaan valtameren taustamelu meren alla on 0. Äänispektrin taso on noin 44 dB@1 kHz. On huomattava, että nämä tiedot ovat tutkimustulos vuodelta 1948. Viime vuosina maailmanlaajuinen merenkulku

Nopean kehityksen myötä valtamerten taustamelu lisääntyy vuosi vuodelta. Kuvan 10 sininen katkoviiva on Etelä-Kiinan meren taustameluspektrin taso vuonna 2013 tasolla 0 meriolosuhteissa. Linja , voidaan nähdä, että pallomaisen paineenkestävän hydrofonin vastaava omameluspektrin taso on pienempi tai yhtä suuri kuin tason 0 merentila alueella 10 1500 Hz. Meren tilan melualue 0 on hieman korkeampi kuin taustamelun taso. 1500 5000 Hz. Sen ekvivalentti itsekohinaspektri 1000 Hz:llä. Taso on 46,5 dB.

 

4.2.3 Jännitteen kestävyystesti

Jotta voidaan varmistaa paineenkestokyky pallomaisen paineenkestävän hydrofonin näyte pallomaisesta paineenkestävästä hydrofonista laitettiin autoklaaviin painetestiä varten. Turvallisuuden takaamiseksi testijärjestelmä paineistetaan korkeapaineisella vedellä. Aiemman analyysin mukaan sen turvallinen paineenkestokapasiteetti on 28 MPa, mikä on alle 1,5-kertainen turvallisuuskerroin

Saatu tulos, eli sen teoreettinen murtopainekyky on 42 MPa. Turvallisuuden ja helppokäyttöisyyden tasapainottamiseksi tämä on pyöristetty

30 MPa testaukseen. Testin aikana paineista ensin 30 MPa, pidä paine 3 tuntia, vapauta paine ja tarkista hydrofoni; paineista sitten uudelleen 30 MPa:iin ja toista testi 3 kertaa. Merkittävää paineen laskua ei tapahtunut koko paineistusprosessin aikana. Tarkista testattava hydrofoni jokaisen paineistuksen jälkeen. Ulkonäkö ei ole vaurioitunut. Punnitus on johdonmukainen ennen testiä ja sen jälkeen. Sen jälkeen herkkyys testataan uudelleen seisovaaaltoputkessa. Testitulos osoittaa, että herkkyys on periaatteessa sama kuin herkkyys ennen paineistusta. Tämä osoittaa, että se kestää 3000 metrin vedenpainetta.

 

5 Johtopäätös

Tässä artikkelissa käytetään teoreettisen kaavan ja elementtisimuloinnin yhdistelmää, ja pietsosähköisellä pallomaisella kuorirakenteella ja -materiaalilla on paineenkestokyky, ja säteittäisesti polarisoitua ilmataustaista pietsosähköistä pallomaista kuorianturia käytetään akustisena vastaanottavana herkänä elementtinä. Ja teki pallomaisen paineenkestävän hydrofonin. Pallomaisen paineenkestävän hydrofonin halkaisija on 36 mm, työtaajuuskaista on 50 Hz 10 kHz, matalataajuinen herkkyys 198,4 dB, vastaava omakohinaspektritaso 46,5 dB@1 kHz ja työsyvyys 3000 m. Tässä paperissa käytetty ilmataustainen pietsosähköinen pallomainen kuorikaavio on saavuttanut tietyn paineenkestokyvyn korkean herkkyyden olosuhteissa. Jos paineenkestoa halutaan jatkuvasti parantaa, herkkyys on menetettävä kustannuksella. Tällä ratkaisulla voidaan saavuttaa suhteellisen rajoitettu paineenkestävyys. Jos hydrofonin on saatava suurempi paineenkestävyys (esim. täysi meren syvyys), on parempi valita öljytäytteinen tai ylivuotoratkaisu.