Hidrofon otporan na pritisak na bazi piezoelektrične keramičke sferične ljuske

Na temelju otpornosti na pritisak od sama piezoelektrična keramička sferična ljuska, hidrofon otporan na pritisak dizajniran je i proizveden korištenjem radijalno polirane zračne piezoelektrične keramičke sferične ljuske kao pretvornika kao akustičnog osjetljivog elementa. Najprije su analizirane akustičke karakteristike kao što su niskofrekventni otvoreni krug.osjetljivost prijemnika i frekvencija vibracija te simulirane metodom konačnih elemenata. Zatim su analizirane performanse otpornosti na pritisak kao što su čvrstoća i stabilnost, također simulirane pomoću FE softvera. Konačno, testirane su njegove akustične performanse i otpornost na pritisak. Rezultati ispitivanja pokazuju da je promjer hidrofona otpornog na tlak 36 mm, a radni frekvencijski raspon mu je od 50 Hz do 10 kHz. Osjetljivost na pritisak niske frekvencije je 198:4 dB (0 dB ref 1 V/Pa), razina spektra buke je 46,5 dB na 1 kHz, a radna dubina je 3000 m. Ovaj hidrofon otporan na pritisak pruža referencu za dizajn hidrofona za duboke vode i ima važnu vrijednost primjene u području akustike dubokih voda.

 

uvod

 

Otkako smo ušli u 21. stoljeće, istraživanju i razvoju dubokog mora pridaje se sve više pažnje i postalo je vruće područje za natjecanje među zemljama. Hidrofoni otporni na pritisak nezamjenjiva su oprema za razvoj dubokog mora. Osim toga, s brzim razvojem vojne tehnologije u raznim zemljama, različita podvodna oprema kao što su podmornice, torpeda, podvodne bespilotne letjelice (UUV), podvodne jedrilice (UUG), podvodni roboti (ROV), podvodne mete, itd. S povećanjem dubine, ovu dubokovodnu opremu obično treba opremiti hidrofonima otpornim na pritisak koji mogu zadovoljiti njihove radne dubine. Kako bi izdržali učinke visokog hidrostatskog tlaka, hidrofoni otporni na tlak obično imaju posebne strukture otporne na tlak ili unutarnje i vanjske konstrukcije ravnoteže tlaka, kao što su strukture za rasterećenje ili kompenzaciju tlaka, strukture punjene uljem, preljevne strukture, itd. Strukture punjene uljem i preljevne strukture mogu teoretski izdržati statički tlak cijele dubine mora i najčešće su korištene strukture otporne na tlak za otpornost na tlak hidrofoni. Hidrofoni otporni na tlak ovih dviju struktura općenito koriste piezoelektričnu keramičku cijev kao prijemni pretvarač. Ovaj piezoelektrični hidrofon s keramičkom cijevi ima prednosti jednostavne strukture i tehnologije, ali ima i prednosti niske niskofrekventne osjetljivosti na napon otvorenog kruga. Nedostaci. Radijalno polarizirana piezoelektrična cijev je prorezana kako bi se poboljšala osjetljivost prijema, ali također znatno sužava radni frekvencijski pojas koji iznosi samo 10/200 Hz. Ako je prijemni frekvencijski pojas piezoelektričnog keramičkog hidrofona s okruglom cijevi blizu njegove rezonantne frekvencije, iako se osjetljivost može poboljšati, njegov radni frekvencijski pojas bit će ozbiljno ograničen, a ravnomjernost krivulje osjetljivosti bit će izgubljena. Osim piezoelektričnih pretvornika s okruglom cijevi, piezoelektrični pretvornici s kuglastom ljuskom također se često koriste kao prijemni pretvornici za akustične tlačne hidrofone. Piezoelektrični pretvornik s kuglastom ljuskom ima mnoge prednosti kao što su jednostavna struktura i postupak, visoka osjetljivost, dobra višesmjernost i propusnost radne frekvencije. Što je još važnije, karakteristike materijala i strukture određuju da sama piezoelektrična keramička kuglasta ljuska ima visoku otpornost. Uz strukturu ispunjenu uljem ili preljevnu strukturu, ovo pruža još jednu mogućnost za dizajn hidrofona otpornih na tlak, to jest korištenje piezoelektrične sferične ljuske sa zračnom podlogom kao prijemnog pretvarača hidrofona otpornog na tlak.

 

1 Akustičke karakteristike prijema piezoelektrični pretvornik s kuglastom ljuskom

 

 Niskofrekventna osjetljivost prijema

 

Ograničene oblikom i tehnologijom obrade, piezoelektrične keramičke kuglaste ljuske obično imaju samo jedan način polarizacije: radijalnu polarizaciju, a pozitivna i negativna elektroda nalaze se na unutarnjoj i vanjskoj površini sferične ljuske. Za pretvornik piezoelektrične sferne ljuske s unutarnjim radijusom a i vanjskim radijusom b, kada je podvrgnut zvučnom tlaku p0 čija je frekvencija mnogo niža od njegove intrinzične frekvencije, razlika potencijala V će se generirati između unutarnje i vanjske elektrode piezoelektrične sferne ljuske. Prijemna osjetljivost hidrofona općenito se izražava osjetljivošću prijema Me u slobodnom polju. Me se definira kao omjer napona otvorenog kruga na izlazu hidrofona i zvučnog tlaka u slobodnom polju na položaju hidrofona u zvučnom polju. Njegov oblik u decibelima je osjetljivost prijema u slobodnom polju. . Stoga, niskofrekventni otvoreni krug prima naponsku osjetljivost piezoelektrične sferične ljuske sa zračnom podlogom. Pod premisom da je piezoelektrični materijal materijal koji se koristi u ovom članku, kada je t konstantan, veći je b, odnosno što je veći vanjski promjer piezoelektrične sferne ljuske, to je veća osjetljivost; Kada je b izvjestan i t 0,36, osjetljivost je najmanja i ovu točku treba izbjegavati u dizajnu; kada je b izvjestan i t <0:36, što je t manji, odnosno što je piezoelektrična sferna ljuska tanja, to je osjetljivost veća.

 

1.2 Rezonantna frekvencija

 

Za tanki piezoelektrik sferni podvodni akustični pretvornik , njegova rezonantna frekvencija u zraku. Može se vidjeti da je rezonantna frekvencija tanke piezoelektrične sferne ljuske samo njezin prosječni radijus r i gustoća materijala s, Youngov modul Y E11 Povezana je s Poissonovim omjerom, što je ekvivalentno pojednostavljenju na sfernu ljusku od izotropnog elastičnog materijala. Može se vidjeti da kada se odredi piezoelektrični materijal, što je veći prosječni radijus r sferne ljuske, to je viša točka rezonancije i širi radni pojas. Kada je u vodi, zbog povećane impedancije zračenja piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom, njegova rezonantna frekvencija bit će nešto niža od rezonantne frekvencije u zraku. Kada se piezoelektrični sferni hidrofon koristi za niskofrekventni prijem, kako bi se osigurala ravnomjernost njegove osjetljivosti, njegova radna frekvencija je daleko od njegove rezonantne frekvencije. U inženjerstvu se općenito zahtijeva da njegova rezonantna frekvencija bude najmanje 5 puta veća od gornje granične frekvencije njegove radne frekvencije.

 

 

 

2. Analiza otpornosti na pritisak piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom

 

Načini kvara konstrukcija otpornih na pritisak uglavnom uključuju kvar čvrstoće, krutost, kvar stabilnosti i kvar zbog korozije. Za velike dubinske hidrofone, opterećenje koje nosi je uglavnom vanjski pritisak vode, a njegovi načini kvara su uglavnom gubitak čvrstoće i pad stabilnosti. Dolje se raspravlja o dvije situacije kvara piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom.

 

2.1 Analiza sloma čvrstoće

Slabljenje čvrstoće odnosi se na pojavu da dolazi do nepovratne deformacije ili loma nakon što maksimalni napon u spremniku premaši granicu tečenja, uzrokujući da spremnik izgubi svoju nosivost. Otkazu čvrstoće odgovara najveći dopušteni tlak piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom. Prema teoriji o rotirajućoj ljusci bez momenta, pod djelovanjem vanjskog tlaka p, sferna ljuska će proizvesti aksijalno vlačno naprezanje z i vlačno naprezanje obruča, a ta dva su jednaka po vrijednosti. Među njima, D0 je izvan sferne ljuske Promjer, jedinica je mm; je debljina sferne ljuske, jedinica je mm. Prema teoriji najvećeg glavnog naprezanja mora se zadovoljiti projekt konstrukcije otporne na pritisak. Među njima je i dopušteni stres. Prema nacionalnom standardu moje zemlje GB 150.3, za standardnu ​​granicu tečenja pri normalnoj temperaturi Rel, faktor sigurnosti je ns = 1:5. Normalna temperaturna granica tečenja piezoelektričnog keramičkog materijala P-51 koji se koristi u piezoelektričnoj sferičnoj ljusci je Rel = 137:9 MPa, tako da je dopušteno naprezanje materijala [] = Rel/ns = 91:9 MPa. Zamjenom parametra t, može se dobiti maksimalni dopušteni tlak piezoelektrične sferne ljuske sonde jer je lako znati da što je veći omjer t debljine sferične ljuske i vanjskog promjera, to je veća čvrstoća piezoelektrične sferne ljuske i sposobnost otpornosti na pritisak.

 

2.2 Analiza kvara stabilnosti

Poremećaj stabilnosti odnosi se na pojavu da spremnik pod djelovanjem vanjskog opterećenja prelazi iz stabilnog ravnotežnog stanja u drugo nestabilno stanje, pri čemu se njegov oblik naglo mijenja i gubi normalnu radnu sposobnost. Poremećaju stabilnosti odgovara dopušteni tlak kritične nestabilnosti piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom. Prema teoriji male deformacije, kritični tlak nestabilnosti pcr sferne ljuske pod vanjskom silom ima veliku pogrešku za ovu formulu, pa se za kompenzaciju često koristi veliki faktor sigurnosti. Prema GB 150.3 faktor sigurnosti stabilnosti uzet je kao m = 14:25, tako da je dopušteni kritični tlak za perifernu nestabilnost [p] = pcr/m. Zamjenom parametra t na isti način, dopušteni kritični tlak za perifernu nestabilnost piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom lako je znati. Kada se odredi piezoelektrični materijal, što je veći omjer t debljine sferne ljuske prema vanjskom promjeru, to je veći pritisak. Stabilnost i otpornost na pritisak ljuske električne kugle je veća.

 

3 Simulacija konačnih elemenata

Iz gornje analize, za osjetljivost i radnu frekvenciju piezoelektrične sferne ljuske, što je veći vanjski promjer, to je tanji, to bolje; a za njegovu otpornost na pritisak, što je manji vanjski promjer, to je debljina. dobro je. To jest, akustična izvedba i izvedba otpornosti na pritisak su međusobno suprotne. Uzimajući u obzir zahtjeve akustične izvedbe i otpornosti na pritisak, kao i poteškoće i troškove obrade sferne ljuske (obično što je veći vanjski promjer, to je veća debljina, veća je težina obrade i veći trošak), vanjski radijus projektirane sferne ljuske b = 15 mm, debljina = 3 mm. Piezoelektrični materijal korišten u sferičnoj ljusci je P-51, njegov piezoelektrični koeficijent g33 = 25: 6 10 3 V m/N, g31 = 9: 6 10 3 V m/N, gustoća s = 7600 kg/m3, Youngov modul Y E11 = 6:0 1010 Pa, Poissonov omjer = 0:36.

 

3.1 Simulacija akustičkih karakteristika piezoelektrične sferne ljuske

Kako bi se provjerila ispravnost analize akustičkih prijamnih karakteristika piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom, za njegovo modeliranje i simulaciju koristi se metoda analize konačnih elemenata, a koristi se simulacijski softver COMSOL5.4.

 

3.1.1 Simulacija osjetljivosti prijema

Najprije izradite trodimenzionalni model sferne strukture ljuske. Kako bi se pojednostavila geometrija modeliranja i ubrzalo rješenje, model stvara samo 1/8 piezoelektričnih sfernih ljuski i koristi 3 ograničenja ravninske simetrije za postizanje potpune sferne ljuske. Napravite koordinatni sustav radijalne polarizacije piezoelektričnog materijala u sfernim koordinatama i koristite materijalne parametre piezoelektričnog materijala P-51. Postavite granično opterećenje kao tlak od 0,1 MPa na vanjskoj površini i bez pritiska na unutarnjoj površini. Provođenjem analize frekvencijskog područja rješava se kao problem stacionarnog stanja. Slika 2 prikazuje rezultate simulacije raspodjele potencijala piezoelektrične sferne ljuske podvrgnute tlaku frekvencije 500 Hz i tlaku od 0,1 MPa.

Zamjenom veličine i parametara materijala piezoelektrične sferne ljuske u formulu, može se dobiti teoretski otvoreni krug kada je podvrgnut niskofrekventnom zvučnom tlaku od 0,1 MPa

Izlazni napon je 11,646 V. Na slici 2 se može vidjeti da kada je piezoelektrična sferna ljuska podvrgnuta zvučnom tlaku od 0,1 MPa@500 Hz, rezultat simulacije njenog izlaznog napona je 11,632 V, što je u skladu s teoretskom vrijednošću. U ovom trenutku njegova je osjetljivost 198,7 dB@500 Hz (0 dB = 1 V/Pa).

 

3.1.2 Simulacija rezonantne frekvencije

Sljedeće također koristi metodu simulacije konačnih elemenata za simulaciju rezonantne frekvencije piezoelektrične keramičke sferične ljuske, a frekvencijski pojas simulacije je 1 Hz/200 kHz. Najprije se materijal piezoelektrične sferne ljuske pojednostavljuje u izotropni elastični materijal, na njemu se provodi analiza frekvencijskog prelamanja, a krivulja frekvencijskog odziva njegove deformacije prikazana je na slici 3. Prema formuli (3), rezonantna frekvencija fa piezoelektrične sferne ljuske u zraku iznosi 58,557 kHz. Iz slike 3 se može vidjeti da je simulirana vrijednost rezonantne frekvencije 58,9 kHz, što je u osnovi u skladu s teoretskom vrijednošću. Treba napomenuti da je formula (3) samo pojednostavljeni izračun za izotropnu tanku sferičnu ljusku, a materijal piezoelektrične sferne ljuske nije izotropan, a debljina je relativno debela, izravna primjena formule (3) imat će određene pogreške. Ako se zamijene kompletni parametri piezoelektrične keramike, krivulja frekvencijskog odziva osjetljivosti na napon otvorenog kruga prikazana je na slici 4. Iz slike 4 se može vidjeti da je u frekvencijskom pojasu od 1 Hz 10 kHz krivulja osjetljivosti piezoelektrične sferične ljuske vrlo ravna, s osjetljivošću od 198,7 dB, što je u skladu s teoretskim analiza. Rezonantna frekvencija postaje 72,1 kHz, što je malo više od rezultata izračuna formule (3), ali ne utječe na valjanost formule u inženjerskim primjenama. Budući da se relevantni koeficijent prigušenja piezoelektričnog materijala ne može dobiti, faktor gubitka matrice fleksibilnosti i faktor gubitka piezoelektrične matrice u modelu su postavljeni na 0, što dovodi do simulacije da je osjetljivost piezoelektrične sferne ljuske na rezonantnoj frekvenciji 155 dB, zapravo bi osjetljivost trebala biti manja od ove vrijednosti.

3.2 Simulacija otpornosti na pritisak piezoelektrična sferna ljuska

Teoretska formula za izračun otpornosti na tlak u odjeljku 2 je pojednostavljena formula sažeta radi praktičnosti inženjerske primjene, a stvarna piezoelektrična sferna ljuska. Otvorit će se rupe zbog potreba instalacije, što može uzrokovati da stvarni kapacitet tlaka bude nedosljedan s teoretskim rezultatima izračuna. Kako bi se što točnije dobila sposobnost pritiska piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom, statička simulacija strukture i simulacija izvijanja svojstvene vrijednosti provedene su redom putem softvera za analizu konačnih elemenata Workbench.

 

3.2.1 Statička simulacija konstrukcije

Strukturalnom statičkom simulacijom može se dobiti raspodjela naprezanja kroz strukturu kada je konstrukcija pod opterećenjem. Stoga je najveće dopušteno naprezanje poznatog materijala

Maksimalni dopušteni tlak koji može podnijeti može se simulirati. Izrađuje se trodimenzionalni model sferne ljuske, a na modelu sferne ljuske postavljaju se rupe za pričvršćivanje. Usvojite sferičnu ljusku

Metoda heksaedra koristi se za dijeljenje rešetke, a oslonci za valjke postavljaju se na cilindričnu površinu i donju ravninu montažne rupe, a pritisak se primjenjuje na vanjsku površinu pretvornika piezoelektrične sferne ljuske.

Stalno mijenjajte veličinu tlaka i na njemu provodite strukturnu statičku analizu. Simulacijom je utvrđeno da kada tlak primijenjen na vanjsku površinu dosegne 28 MPa, piezoelektrični

Maksimalno naprezanje sferne ljuske je 151 MPa, a njena raspodjela naprezanja prikazana je na slici 5 (Kako bi se olakšalo promatranje unutarnjeg naprezanja, piezoelektrična sferna ljuska je izrezana duž središnje linije kako bi se prikazalo

Pokazati). Treba napomenuti da se maksimalno naprezanje javlja samo na graničnoj liniji ugla na montažnoj rupi, a maksimalno naprezanje na ostalim mjestima je manje od ovog

Sigurno dopušteno naprezanje piezoelektričnog materijala je 91,9 MPa, tako da najveći dopušteni tlak piezoelektrične sferne ljuske može doseći 28 MPa prema simulaciji. I korijen

Prema formuli (6), najveći dopušteni tlak piezoelektričnog pretvornika sferne ljuske može se dobiti kao 36,8 MPa. Može se vidjeti da je tlačna čvrstoća kuglaste ljuske nakon perforacije niža od čvrstoće kompletne

Teorijska čvrstoća cijele sferne ljuske. U simulaciji, fenomen koncentracije naprezanja koji se pojavljuje na nekoliko mjesta na montažnoj rupi premašuje sigurnosno dopušteno naprezanje, a utječe li to na otpornost na pritisak piezoelektrične sferne ljuske ostaje za provjeru tlačnim ispitivanjem.

 

3.2.2 Simulacija izvijanja svojstvene vrijednosti

Simulacijom svojstvene vrijednosti izvijanja mogu se dobiti načini izvijanja tankoljuskih struktura i njihovi odgovarajući kritični pritisci izvijanja. Tlak od 1 MPa primijenjen je na vanjsku površinu piezoelektričnog pretvornika s kuglastom ljuskom i izvršena je analiza njegove vlastite vrijednosti izvijanja. Rezultati simulacije pokazuju da je način izvijanja prvog reda prikazan na slici 6, a valni broj prvog reda n = 4, što je u skladu s karakteristikama nestabilnosti sferne ljuske. Faktor opterećenja na izvijanje prvog reda je 3379, tako da je njegovo kritično opterećenje prvog reda 3379 MPa. Budući da je prvi red najniža vrijednost opterećenja izvijanja, to znači da struktura piezoelektrične sferne ljuske neće biti stabilna sve dok teorijski tlak ne dosegne 3379 MPa. Prema formuli (7), kritični tlak periferne nestabilnosti piezoelektričnog pretvornika sferne ljuske može se dobiti kao 2970 MPa, što je u osnovi u skladu s rezultatima simulacije. Rezultati simulacije konačnih elemenata pokazuju da je maksimalni dopušteni tlak piezoelektrične sferne ljuske pretvornika 28 MPa, a njegov kritični tlak izvijanja 3379 MPa, što ukazuje da kada vanjski tlak nastavi rasti, piezoelektrična sferna ljuska se mijenja. Prva pojava energetskog uređaja je gubitak čvrstoće, što također pokazuje da je njegova sigurna dubina podnosivog napona 2800 m.

 

4. Razvoj i ispitivanje performansi sferičnog tlačnog hidrofona

4.1 Razvoj sferičnog hidrofona otpornog na pritisak

U ovom radu, radijalno polarizirana zračna podloga piezoelektrični pretvornik s kuglastom ljuskom koristi se kao akustični prijamni senzor, a projektiran je i proizveden sferni hidrofon otporan na tlak. Vanjski radijus piezoelektrične sferne ljuske koja se koristi u sfernom hidrofonu otpornom na pritisak je 15 mm, debljina sferične ljuske je 3 mm, a piezoelektrični keramički materijal koji se koristi za sferičnu ljusku je P-51. Unutrašnjost piezoelektrične sferične ljuske je šupljina, a krajnji vanjski sloj prekriven je slojem zvučno propusne gume za izolaciju, brtvljenje i zaštitu. Debljina zvučno propusne gume je 3 mm. Fizički objekt sferičnog hidrofona otpornog na pritisak. Promjer cijelog hidrofona je 36 mm.

 

 

4.2 Ispitivanje učinkovitosti sferičnog tlačnog hidrofona

 

4.2.1 Test osjetljivosti prijema

Gotovi sferični hidrofon otporan na tlak postavlja se u cijev za stojne valove, a njegova se osjetljivost na niskofrekventni otvoreni krug testira usporednom metodom. Otporan na loptu

Tlačni hidrofon i standardni hidrofon obješeni su na istoj visini u cijevi sa stojnim valovima u isto vrijeme, mijenjajući frekvenciju emisije izvora zvuka cijevi sa stojnim valovima i snimajući oboje u isto vrijeme

Kroz metodu usporedbe, prijemna osjetljivost sferni hidrofon otporan na pritisak . dobije se Upotrijebljena cijev sa stojnim valovima može proizvesti samo kombinaciju od 50 1000 Hz

Rešetka stojnog vala, tako da je frekvencijski pojas mjerenja ovaj put 50 1000 Hz. Izmjereni rezultati krivulje osjetljivosti sferičnog hidrofona otpornog na tlak prikazani su na slici 8. pomoću

Rezultat ispitivanja pokazuje da je osjetljivost sferičnog hidrofona otpornog na tlak u frekvencijskom pojasu 50 1000 Hz oko 198,4 dB, što je u osnovi u skladu s teoretskom vrijednošću. u

U rasponu od 50 1000 Hz, fluktuacija osjetljivosti ne prelazi 0,5 dB. Cijev sa stojnim valovima može se kalibrirati samo ispod 1 kHz. Za frekvencijski pojas od 1 kHz do 10 kHz, mjerenje se provodi u anehoičnom spremniku. Stavite gotovi sferni hidrofon otporan na pritisak i standardni hidrofon u isti položaj anehoične posude, upotrijebite izvor zvuka za reprodukciju jednofrekventnih signala različitih frekvencija i upotrijebite metodu usporedbe za dovršetak mjerenja osjetljivosti prijama. Izmjereni rezultati krivulje osjetljivosti sferičnog hidrofona otpornog na tlak na 1 kHz i 10 kHz prikazani su na slici 9. Iz rezultata ispitivanja može se vidjeti da je osjetljivost sferičnog hidrofona otpornog na tlak u frekvencijskom pojasu od 1 kHz i 10 kHz oko 198 dB, što je u osnovi u skladu s teoretskom vrijednošću. U rasponu od 1 kHz do 10 kHz, fluktuacija osjetljivosti ne prelazi 1,4 dB.

 

4.2.2 Ispitivanje vlastite buke

 

Kako bi se osiguralo da hidrofon može uhvatiti slabe zvučne signale, hidrofon mora imati niži ekvivalent vlastitog šuma. Sferni tlačni hidrofon

Smješten je u vakuumski spremnik s elektromagnetskom zaštitom, prigušenjem i smanjenjem vibracija, a test vlastitog šuma provodi se na BK-3050 kartici za prikupljanje signala s iznimno niskim šumom.

Ekvivalentni spektar vlastitog šuma sferičnog hidrofona otpornog na tlak prikazan je crvenom punom linijom na slici 10. Crna isprekidana linija na slici 10 je najranije istraživanje oceanske buke. Razina spektra pozadinske buke oceana na razini mora 0 sažeo je Kundson [9]. Prema Kundsonovoj krivulji, pozadinska buka oceana ispod stanja mora je 0. Razina zvučnog spektra je oko 44 dB@1 kHz. Treba napomenuti da su ovi podaci rezultat istraživanja iz 1948. Posljednjih godina, kako je globalno brodarstvo

S brzim razvojem, pozadinska buka oceana raste iz godine u godinu. Plava isprekidana linija na slici 10 je razina spektra pozadinske buke Južnog kineskog mora 2013. na razini 0 morskih uvjeta Line, može se vidjeti da je ekvivalentna razina spektra vlastitog šuma sferičnog hidrofona otpornog na tlak niža ili jednaka razini 0 morskog stanja u rasponu od 10 1500 Hz. Buka scene malo je viša od 0 razine morske pozadine oceana šum u rasponu od 1500 5000 Hz. Njegov ekvivalentni spektar vlastitog šuma na 1000 Hz. Razina je 46,5 dB.

 

4.2.3 Ispitivanje performansi podnosivog napona

Kako bi se provjerila sposobnost otpornosti na pritisak sferični hidrofon otporan na pritisak , uzorak sferičnog hidrofona otpornog na pritisak stavljen je u autoklav za ispitivanje tlakom. Kako bi se osigurala sigurnost, ispitni sustav je pod pritiskom vode pod visokim pritiskom. Prema prethodnoj analizi, njegova sigurna otpornost na pritisak je 28 MPa, što je ispod 1,5 puta faktora sigurnosti

Dobiveni rezultat, to jest njegova teoretska sposobnost krajnjeg tlaka je 42 MPa. Kako bismo uravnotežili sigurnost i jednostavnost korištenja, ovdje je zaokruženo na

30 MPa za ispitivanje. Tijekom ispitivanja, prvo podignite tlak do 30 MPa, držite tlak 3 sata, otpustite tlak i provjerite hidrofon; zatim ponovno dovedite tlak do 30 MPa i ponovite ispitivanje 3 puta. Nije došlo do značajnog pada tlaka tijekom cijelog procesa tlačenja. Nakon svakog pritiska, provjerite hidrofon koji se ispituje. Izgled nije oštećen. Vaganje je dosljedno prije i poslije testa. Zatim se ponovno ispituje osjetljivost u cijevi za stojne valove. Rezultat ispitivanja pokazuje da je osjetljivost u osnovi ista kao i osjetljivost prije pritiska. To dokazuje da može izdržati pritisak vode od 3000 m.

 

5 Zaključak

U ovom se radu koristi kombinacija teorijske formule i simulacije konačnih elemenata, a struktura i materijal piezoelektrične sferne ljuske imaju sposobnost otpornosti na pritisak, a radijalno polarizirani piezoelektrični sferni pretvornik sa zračnom podlogom koristi se kao osjetljivi element za prijem zvuka. I napravio sferni hidrofon otporan na pritisak. Promjer sferičnog hidrofona otpornog na pritisak je 36 mm, radni frekvencijski pojas je 50 Hz 10 kHz, niskofrekventna osjetljivost je 198,4 dB, ekvivalentna razina spektra vlastitog šuma je 46,5 dB@1 kHz, a radna dubina je 3000 m. Shema piezoelektrične sferne ljuske sa zračnom podlogom korištena u ovom radu je dobila određeni kapacitet otpornosti na pritisak pod uvjetima visoke osjetljivosti. Ako se dubina otpora na pritisak želi stalno poboljšavati, osjetljivost se mora izgubiti po cijeni. Ovo rješenje može postići relativno ograničenu otpornost na pritisak. Ako hidrofon treba postići veću otpornost na pritisak (kao što je puna dubina mora), bolje je odabrati rješenje punjeno uljem ili preljev.