Vijesti

Vi ste ovdje: Dom / Vijesti / Osnove piezoelektrične keramike / otpor izolacije i prosječni vijek trajanja piezoelektričnog keramičkog hidrofona

izolacijski otpor i prosječni vijek trajanja piezoelektričnog keramičkog hidrofona

Pregleda: 45 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 16.10.2019. Izvor: stranica

Raspitajte se

Piezoelektrični keramički hidrofoni imaju širok raspon primjena u sonarima zbog svoje ravnosti, stabilnih performansi i jednostavne strukture. Glavni način kvara piezoelektričnih keramičkih hidrofona je smanjenje izolacijskog otpora. Prosječna otpornost izolacije hidrofona je smanjena da premaši navedene kriterije kvara Rfc, što se ocjenjuje kao kvar. Stoga je proučavanje varijacije izolacijskog otpora piezoelektričnog keramičkog hidrofona, utjecaja smanjenja izolacijskog otpora na osjetljivost i određivanje prosječnog vijeka trajanja od velike važnosti za ispravno razumijevanje i ovladavanje performansama i indeksom pouzdanosti hidrofona. Održavanje i zaštita također imaju određenu referentnu vrijednost.

1 Prosječni vijek trajanja hidrofona
Prema teoriji pouzdanosti, broj proizvodi piezoelektričnih disk pretvornika testirani su pod istim uvjetima i izmjereni su podaci o ukupnom vijeku trajanja. Zatim, MTTF prosječnog vremena prije kvara je gdje je r(t) kumulativni broj kvarova proizvoda tijekom radnih sati od 0 do t. Kada je životni vijek proizvoda podložan eksponencijalnoj distribuciji, njegov MTTF je recipročna vrijednost stope kvara λ (vjerojatnost da proizvod ne radi u određenom vremenu i jedinično vrijeme nakon tog vremena), to jest 1/λ. Hidrofoni mogu koristiti MTTF za predstavljanje svog prosječnog vijeka trajanja. U inženjerstvu se često koristi prosječna izolacija svih hidrofona u seriji, a otpor Rm se smanjuje na vrijeme tav standarda kvara Rfc kao prosječni životni vijek. U Rfc vrijednosti, neki su hidrofoni bili neispravni. Iako drugi hidrofoni mogu raditi normalno, njihova će osjetljivost naglo pasti u niskofrekventnom pojasu, što će imati ozbiljan utjecaj na performanse prijemnog niza. Stoga ga treba što prije zamijeniti. .

2 otpor izolacije hidrofona

2.1 Mehanizam i zakon opadanja izolacijskog otpora

Glavna komponenta piezoelektričnog keramičkog hidrofona je piezoelektrična keramička komponenta. Kada se piezoelektrična keramička komponenta osuši, izolacijski otpor je visok, a kada se molekule vode infiltriraju, izolacijski otpor je manji. Što se više molekula vode infiltrira, to više opada izolacijski otpor. Piezoelektrični keramički hidrofoni rade u vodi dugi niz godina. Piezoelektrične keramičke komponente su inkapsulirane vodonepropusnim materijalima (kao što su neopren, poliuretan itd.), ali molekule vode uvijek prolaze kroz površinu tih materijala ili dva materijala. Vezna površina prodire u površinu i unutar piezoelektrične keramičke komponente, tako da je izolacijski otpor hidrofona manji. Što se dulje koristi hidrofon, to se više molekula vode nakuplja na površini i unutar piezo keramičke komponente, a što je veći otpor izolacije, to više kvarova hidrofona. Iz gornje analize može se vidjeti da je pad izolacijskog otpora hidrofona neizbježan i nepovratan. Ne možemo dopustiti da otpor izolacije hidrofona ne padne, sve što možemo učiniti je odgoditi brzinu pada. Smanjenje izolacijskog otpora znači povećanje vijeka trajanja hidrofona. Sljedeće mjerenje može se koristiti za usporavanje otpora izolacije hidrofona (1) Upotreba piezoelektričnih keramičkih komponenti s niskom apsorpcijom vlage. Općenito govoreći, materijali veće gustoće manje su higroskopni od materijala manje gustoće. Uobičajeno korišteni piezoelektrični keramički materijal PZT ima gustoću od 7,8 g/cm3, a rijetko korišteni piezoelektrični keramički materijal barij-titanat ima gustoću od 5,7 g/cm3, a potonji ima mnogo veću 'higroskopnost'; 2) Koristite vodonepropusne materijale niske vodopropusnosti; (3) Poboljšanje procesa proizvodnje hidrofona i često dobiva očite učinke. Za jedan piezokeramički hidrofon ne možemo predvidjeti zakon pada njegovog izolacijskog otpora, niti možemo predvidjeti kada će otkazati. Ali za seriju hidrofona, a broj tih hidrofona je velik, njihov izolacijski otpor će slijediti određeni zakon, takozvani statistički zakon. Gledajući prvo primjer, iako nije praktičan, apstrahiran je od stvarnosti i ima praktičnu osnovu. hidrofoni se stavljaju u uporabu, a pretpostavlja se standardni Rfc = 0,5 MΩ za utvrđivanje neispravnosti hidrofona. U prvim danima korištenja, izmjerena je tipična distribucija izolacijskog otpora hidrofona. Većina hidrofona ima izolacijski otpor Rm veći ili jednak 100 MΩ, dok 50 piezo keramički disk senzor podliježe eksponencijalnom zakonu. Odnosno, pri određenoj temperaturi vrijedi sljedeća formula.

2.2 Izolacijski otpor i osjetljivost hidrofona

Iz analize ekvivalentnog kruga, otpor izolacije hidrofona može se smatrati paralelnim s dva kraja hidrofona. Kako se povećava broj molekula vode koje prožimaju površinu piezo keramičkog elementa i unutarnju vodu kroz vodonepropusni pokrovni materijal i vezni sloj, izolacijski otpor Rm hidrofona će se kontinuirano smanjivati. Spuštanjem Rm na određenu razinu smanjit će se osjetljivost hidrofona. Što je niža radna frekvencija, veće je smanjenje M. Ekvivalentna shema kruga piezoelektričnog keramičkog hidrofona može se dati u obliku izvora konstantne struje, a može se dati i u obliku izvora konstantnog napona. Dijagram strujnog kruga ekvivalentnog izvora konstantnog napona prikazuje simulaciju i stvarne rezultate mjerenja smanjenja osjetljivosti hidrofona pod različitim izolacijskim otporima. I teorijski izračuni i stvarna mjerenja dokazuju da što je manji statički kapacitet hidrofona, veći je utjecaj smanjenja Rm na M. Budući da je statički kapacitet hidrofona koji se ispituje vrlo velik, do 100 000 pF, smanjenje izolacijskog otpora Rm ima relativno mali učinak na njegovu osjetljivost. Kada je Rm ≥ 10 kΩ, učinak na M je zanemariv; kada je Rm < 10 kΩ, to će imati veliki učinak na M, a hidrofon se smatra greškom. Vrijednost izolacijskog otpora koja određuje kvar hidrofona zovemo vrijednost kvara Rf. U gornjem primjeru, Rf = 10 kΩ.

Očito, ako je statički kapacitet hidrofona 10000 pF, osjetljivost će biti značajno smanjena kada je otpor izolacije manji od 100 kΩ. U ovom trenutku, Rf=100 kΩ. Na temelju gornjih rezultata i vrijednosti osjetljivosti hidrofona koju sonar dopušta može se odrediti kriterij kvara Rfc. Rfc bi trebao biti više od 10 puta veći od Rf, kako bi se osiguralo da prosječni izolacijski otpor svih hidrofona u nizu bude blizu Rfc, broj hidrofona čiji je izolacijski otpor Rm manji od Rf, to jest, broj hidrofona s greškom je promukao. Unutar raspona koji dopušta cijeli stroj. Osim toga, hidrofon je ugrađen ispod vodene linije broda. Nakon što se utvrdi da je hidrofon neispravan, općenito je potrebno pričekati dok brod ne pristane kako bi se izvršila zamjena hidrofona, tako da dolazi do kašnjenja. Tijekom ovog vremena odgode, otpor izolacije hidrofona nastavit će padati. Stoga, standard greške Rfc mora biti postavljen na viši nivo kako bi se osiguralo da se hidrofon može normalno koristiti prije zamjene. Osim toga, otpor izolacije hidrofona ima veliki odnos s temperaturom okoline i mora se u potpunosti uzeti u obzir pri određivanju standarda greške Rfc hidrofona.

2.3 Odnos između otpora izolacije i temperature okoline

Izolacijski otpor od piezokeramički disk pretvornik usko je povezan s temperaturom okoline: temperatura okoline raste, izolacijski otpor opada. I teorija i veliki broj praksi dokazali su da je odnos između izolacijskog otpora Rm piezoelektričnog keramičkog hidrofona. temperatura okoline slična je odnosu između vremena uporabe i eksponencijalnog zakona. U formuli, Rmo je otpor izolacije izmjeren na referentnoj temperaturi t0; k3 je temperaturni koeficijent tipa I. Slično, gornja formula se također može napisati u prikladnijem i intuitivnijem obliku, k4 = exp(−k3), što je temperaturni koeficijent tipa II, zatim mo R ≈ R k, modificirani barijev titanat piezoelektrični keramički hidrofon. Rezultati simulacije i izmjereni rezultati odnosa između otpora izolacije i temperature okoline. Rezultati mjerenja su bliski rezultatima simulacije, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. Prikazani su rezultati simulacije i rezultati mjerenja odnosa između otpora izolacije PZT piezoelektričnog keramičkog hidrofona i temperature okoline. Rezultati ispitivanja također su bliski rezultatima simulacije, k4=0,90~0,94/1°C. Odnos između izolacijskog otpora piezoelektričnog keramičkog hidrofona i vremena uporabe je nepovratan; inače, odnos između otpora izolacije piezoelektričnog keramičkog hidrofona i temperature okoline je reverzibilan, to jest, kada se temperatura okoline vrati na svoju izvornu vrijednost, njegova izolacija .

Otpor će se također vratiti na svoju izvornu vrijednost. Otpor izolacije hidrofona uvelike varira ovisno o temperaturi okoline. Za svakih 11 °C povećanja temperature okoline, izolacijski otpor se smanjuje za otprilike polovicu. U usporedbi s modificiranim piezoelektričnim keramičkim hidrofonom od barij-titanata, otpor izolacije PZT piezoelektričnog keramičkog hidrofona više će se mijenjati s temperaturom okoline. Gore navedena pravila varijacije razlikuju se za različite vrste i različite specifikacije piezoelektričnih keramičkih materijala različitih struktura i različitih vodonepropusnih materijala za prevlake, što treba odrediti eksperimentima. Pri određivanju standarda kvara Rfc piezoelektričnog keramičkog hidrofona, treba u potpunosti uzeti u obzir odnos između izolacijskog otpora hidrofona i temperature okoline. Za opremu s visokim zahtjevima pouzdanosti, Rfc pratećeg hidrofona treba odrediti na najvišoj temperaturi okoline (na primjer, 30 °C). Dakle, kada temperatura okoline padne, otpor izolacije hidrofona će se samo povećati i neće utjecati na normalnu upotrebu.

Glavni način rada piezoelektričnih keramičkih hidrofona je smanjenje izolacijskog otpora. Mehanizam je taj da molekule vode prodiru u površinu i unutrašnjost piezo keramičkih komponenti kroz vodonepropusni premazni materijal i vezni sloj. Otpor izolacije opada s povećanjem vremena uporabe i zadovoljava eksponencijalni zakon. Otpor izolacije opada kako se temperatura okoline povećava, a također zadovoljava eksponencijalni zakon. Kada se otpor izolacije smanji na određenu razinu, to će imati značajan utjecaj na osjetljivost hidrofona, a još gore u niskofrekventnom području. Praktično je prikladno definirati prosječno vrijeme pada prosječnog otpora izolacije serije hidrofona na specificirani standard kvara. U određivanju standarda kvara, na temelju odnosa između izolacijskog otpora hidrofona i osjetljivosti, u potpunosti se uzima u obzir odnos između izolacijskog otpora hidrofona i temperature okoline, te se utvrđuje kašnjenje između kvara hidrofona i provedbe zamjene, a greška se na odgovarajući način povećava.