Hidrofon tahan tekanan berdasarkan cangkang bola keramik piezoelektrik

Berdasarkan ketahanan tekanan cangkang bulat keramik piezoelektrik itu sendiri, tahan tekanan. Hidrofon dirancang dan dibuat dengan menggunakan cangkang bulat keramik piezoelektrik pendukung udara bertiang radial. transduser sebagai elemen sensitif akustik. Pertama, karakteristik akustik seperti rangkaian terbuka frekuensi rendah. Sensitivitas penerimaan dan frekuensi getaran dianalisis, dan disimulasikan dengan metode elemen hingga. Kemudian dianalisis kinerja tahan tekanan seperti kekuatan dan stabilitas, juga disimulasikan dengan software FE. Terakhir, kinerja akustik dan ketahanan tekanan diuji. Hasil pengujian menunjukkan diameter hidrofon tahan tekanan adalah 36 mm, dan rentang frekuensi kerjanya antara 50 Hz hingga 10 kHz. Sensitivitas tekanan frekuensi rendah adalah 198:4 dB (0 dB ref 1 V/Pa), tingkat spektrum kebisingan adalah 46,5 dB pada 1 kHz, dan kedalaman kerjanya adalah 3000 m. Hidrofon tahan tekanan ini menjadi acuan desain hidrofon perairan dalam dan memiliki nilai penerapan penting dalam bidang akustik perairan dalam.

 

perkenalan

 

Sejak memasuki abad ke-21, penelitian dan pengembangan laut dalam semakin mendapat perhatian dan menjadi arena persaingan antar negara yang panas. Hidrofon tahan tekanan adalah peralatan yang sangat diperlukan untuk pengembangan laut dalam. Selain itu, dengan pesatnya perkembangan teknologi militer di berbagai negara, berbagai peralatan bawah air seperti kapal selam, torpedo, kendaraan udara tak berawak bawah air (UUV), glider bawah air (UUG), robot bawah air (ROV), target submersible, dll. Dengan bertambahnya kedalaman, peralatan laut dalam ini biasanya perlu dilengkapi dengan hidrofon tahan tekanan yang dapat memenuhi kedalaman kerjanya. Untuk menahan efek tekanan hidrostatik tinggi, hidrofon tahan tekanan biasanya mengadopsi struktur tahan tekanan khusus atau desain keseimbangan tekanan internal dan eksternal, seperti struktur pelepas tekanan atau kompensasi tekanan, struktur berisi minyak, struktur luapan, dll. Struktur berisi minyak dan luapan secara teoritis dapat menahan tekanan statis seluruh kedalaman laut, dan merupakan struktur tahan tekanan yang paling umum digunakan untuk hidrofon tahan tekanan. Hidrofon tahan tekanan dari kedua struktur ini umumnya menggunakan tabung keramik piezoelektrik sebagai transduser penerima. Hidrofon tabung keramik piezoelektrik ini memiliki keunggulan struktur dan teknologi sederhana, namun juga memiliki keunggulan sensitivitas tegangan rangkaian terbuka frekuensi rendah. Kekurangan. Tabung piezoelektrik terpolarisasi radial dibelah untuk meningkatkan sensitivitas penerimaan, tetapi juga sangat mempersempit pita frekuensi kerja, yaitu hanya 10/200 Hz. Jika pita frekuensi penerima hidrofon tabung bundar keramik piezoelektrik mendekati frekuensi resonansinya, meskipun sensitivitasnya dapat ditingkatkan, pita frekuensi kerjanya akan sangat terbatas, dan kerataan kurva sensitivitas akan hilang. Selain transduser tabung bundar piezoelektrik, transduser cangkang bola piezoelektrik juga biasa digunakan transduser penerima untuk hidrofon tekanan akustik. Transduser cangkang bola piezoelektrik memiliki banyak keunggulan seperti struktur dan proses yang sederhana, sensitivitas tinggi, omnidireksionalitas yang baik, dan bandwidth frekuensi kerja. Lebih penting lagi, karakteristik bahan dan struktur menentukan bahwa cangkang bola keramik piezoelektrik itu sendiri memiliki ketahanan yang tinggi. Selain struktur berisi minyak atau struktur luapan, hal ini memberikan kemungkinan lain untuk desain hidrofon tahan tekanan, yaitu penggunaan cangkang bola piezoelektrik yang didukung udara sebagai transduser penerima hidrofon tahan tekanan.

 

1 Karakteristik penerimaan akustik dari transduser cangkang bola piezoelektrik

 

 Sensitivitas penerimaan frekuensi rendah

 

Dibatasi oleh bentuk dan teknologi pemrosesan, cangkang bola keramik piezoelektrik biasanya hanya memiliki satu mode polarisasi: polarisasi radial, dan elektroda positif dan negatif masing-masing berada di permukaan dalam dan luar cangkang bola. Untuk transduser kulit bola piezoelektrik dengan jari-jari dalam a dan jari-jari luar b, ketika terkena tekanan suara p0 yang frekuensinya jauh lebih rendah daripada frekuensi intrinsiknya, beda potensial V akan dihasilkan antara elektroda dalam dan luar dari kulit bola piezoelektrik. Sensitivitas penerimaan hidrofon umumnya dinyatakan dengan sensitivitas penerimaan medan bebas Me. Me didefinisikan sebagai rasio tegangan rangkaian terbuka pada keluaran hidrofon dengan tekanan suara medan bebas pada posisi hidrofon dalam medan suara. Bentuk desibelnya adalah sensitivitas penerimaan medan bebas. . Oleh karena itu, sirkuit terbuka frekuensi rendah menerima sensitivitas tegangan dari cangkang bola piezoelektrik yang didukung udara. Berdasarkan premis bahwa bahan piezoelektrik adalah bahan yang digunakan dalam artikel ini, jika t konstan, semakin besar b, yaitu semakin besar diameter luar cangkang bola piezoelektrik, semakin tinggi sensitivitasnya; Ketika b pasti dan t 0,36, sensitivitasnya paling kecil, dan titik ini harus dihindari dalam desain; ketika b pasti dan t <0:36, semakin kecil t, yaitu semakin tipis cangkang bola piezoelektrik, semakin tinggi sensitivitasnya.

 

1.2 Frekuensi resonansi

 

Untuk piezoelektrik tipis transduser akustik bawah air berbentuk bola , frekuensi resonansinya di udara. Terlihat bahwa frekuensi resonansi cangkang bola piezoelektrik tipis hanya jari-jari rata-rata r dan massa jenis material s, modulus Young Y E11 Hal ini terkait dengan rasio Poisson, yang setara dengan menyederhanakannya menjadi cangkang bola bahan elastis isotropik. Terlihat bahwa ketika bahan piezoelektrik ditentukan, semakin besar jari-jari rata-rata r kulit bola maka semakin tinggi titik resonansinya dan semakin lebar bandwidth kerjanya. Ketika berada di dalam air, karena peningkatan impedansi radiasi transduser cangkang bola piezoelektrik, frekuensi resonansinya akan sedikit lebih rendah daripada frekuensi resonansi di udara. Ketika hidrofon bola piezoelektrik digunakan untuk penerimaan frekuensi rendah, untuk memastikan kerataan sensitivitasnya, frekuensi kerjanya jauh dari frekuensi resonansinya. Dalam bidang teknik, umumnya frekuensi resonansinya diharuskan minimal 5 kali frekuensi batas atas kerjanya.

 

 

 

2 Analisis kinerja ketahanan tekanan transduser cangkang bola piezoelektrik

 

Mode kegagalan struktur tahan tekanan terutama mencakup kegagalan kekuatan, kegagalan kekakuan, kegagalan stabilitas, dan kegagalan korosi. Untuk hidrofon dengan kedalaman besar, beban yang ditanggungnya terutama adalah tekanan air eksternal, dan mode kegagalannya terutama adalah kegagalan kekuatan dan kegagalan stabilitas. Dua situasi kegagalan transduser cangkang bola piezoelektrik dibahas di bawah.

 

2.1 Analisis kegagalan kekuatan

Kegagalan kekuatan mengacu pada fenomena deformasi atau patahan yang tidak dapat diubah yang terjadi setelah tegangan maksimum dalam wadah melebihi batas luluh, sehingga menyebabkan wadah kehilangan kapasitas menahan bebannya. Sesuai dengan kegagalan kekuatan adalah tekanan maksimum yang diijinkan dari transduser cangkang bola piezoelektrik. Menurut teori bebas momen dari cangkang yang berputar, di bawah aksi tekanan eksternal p, cangkang bola akan menghasilkan tegangan tarik aksial z dan tegangan tarik lingkaran, dan keduanya memiliki nilai yang sama. Diantaranya, D0 berada di luar diameter cangkang bola, satuannya mm; adalah tebal cangkang bola, satuannya mm. Menurut teori tegangan utama maksimum, desain struktur tahan tekanan harus dipenuhi. Diantaranya adalah tegangan ijin. Menurut standar nasional negara saya GB 150.3, untuk kekuatan luluh suhu normal standar material Rel, faktor keamanannya adalah ns = 1:5. Kekuatan luluh suhu normal bahan keramik piezoelektrik P-51 yang digunakan pada cangkang bola piezoelektrik adalah Rel = 137:9 MPa, sehingga tegangan ijin bahan [] = Rel/ns = 91:9 MPa. Dengan mengganti parameter t, tekanan maksimum yang diijinkan dari transduser cangkang bola piezoelektrik dapat diperoleh karena mudah untuk mengetahui bahwa semakin besar rasio t ketebalan cangkang bola terhadap diameter luar, semakin kuat kekuatan dan kemampuan ketahanan tekanan cangkang bola piezoelektrik.

 

2.2 Analisis kegagalan stabilitas

Kegagalan stabilitas mengacu pada fenomena bahwa wadah berubah dari keadaan setimbang stabil ke keadaan tidak stabil lainnya akibat pengaruh beban eksternal, dan bentuknya berubah secara tiba-tiba serta kehilangan kemampuan kerja normalnya. Sehubungan dengan kegagalan stabilitas adalah ketidakstabilan kritis yang diijinkan tekanan transduser cangkang bola piezoelektrik. Menurut teori deformasi kecil, tekanan kritis pcr dari cangkang bola di bawah gaya eksternal memiliki kesalahan yang besar untuk rumus ini, sehingga faktor keamanan yang besar sering digunakan untuk mengkompensasinya. Menurut GB 150.3, faktor keamanan stabilitas diambil sebagai m = 14:25, sehingga tekanan kritis yang diijinkan untuk ketidakstabilan melingkar [p] = pcr/m. Mengganti parameter t dengan cara yang sama, tekanan kritis yang diijinkan untuk ketidakstabilan melingkar transduser cangkang bola piezoelektrik mudah diketahui. Ketika bahan piezoelektrik ditentukan, semakin besar rasio t ketebalan cangkang bola terhadap diameter luar, semakin besar tekanannya. Stabilitas dan ketahanan tekanan cangkang bola listrik semakin kuat.

 

3 Simulasi elemen hingga

Dari analisa di atas, untuk sensitivitas dan frekuensi kerja cangkang bola piezoelektrik, semakin besar diameter luarnya maka semakin tipis semakin baik; dan untuk ketahanan tekanannya, semakin kecil diameter luarnya, semakin tebal ketebalannya. itu bagus. Artinya, kinerja akustik dan kinerja ketahanan tekanan saling bertentangan. Mempertimbangkan persyaratan kinerja akustik dan ketahanan tekanan, serta kesulitan dan biaya pemrosesan cangkang bola (biasanya semakin besar diameter luar, semakin besar ketebalannya, semakin besar kesulitan pemrosesan dan semakin tinggi biayanya), radius luar desain cangkang bola b = 15 mm, Tebal = 3 mm. Bahan piezoelektrik yang digunakan pada cangkang bola adalah P-51, koefisien piezoelektriknya g33 = 25:6 10 3 V m/N, g31 = 9:6 10 3 V m/N, massa jenis s = 7600 kg/m3, modulus Young Y E11 = 6:0 1010 Pa, rasio Poisson = 0:36.

 

3.1 Simulasi karakteristik akustik cangkang bola piezoelektrik

Untuk memverifikasi kebenaran analisis karakteristik penerimaan akustik transduser cangkang bola piezoelektrik, metode analisis elemen hingga digunakan untuk memodelkan dan mensimulasikannya, dan perangkat lunak simulasi COMSOL5.4 digunakan.

 

3.1.1 Menerima simulasi sensitivitas

Pertama buat model struktur cangkang bola tiga dimensi. Untuk menyederhanakan pemodelan geometri dan mempercepat penyelesaian, model hanya membuat 1/8 cangkang bola piezoelektrik dan menggunakan 3 batasan simetri bidang untuk mencapai cangkang bola lengkap. Buat sistem koordinat polarisasi radial material piezoelektrik pada koordinat bola dan gunakan parameter material material piezoelektrik P-51. Tetapkan beban batas sebagai tekanan 0,1 MPa pada permukaan luar dan tidak ada tekanan pada permukaan dalam. Dengan melakukan analisis domain frekuensi, masalah ini diselesaikan sebagai masalah kondisi tunak. Gambar 2 menunjukkan hasil simulasi distribusi potensial cangkang bola piezoelektrik ketika diberi tekanan dengan frekuensi 500 Hz dan tekanan 0,1 MPa.

Mengganti ukuran dan parameter material cangkang bola piezoelektrik ke dalam rumus, rangkaian terbuka teoritis ketika terkena tekanan suara frekuensi rendah 0,1 MPa dapat diperoleh

Tegangan keluarannya adalah 11,646 V. Terlihat dari Gambar 2 bahwa ketika cangkang bola piezoelektrik diberi tekanan suara sebesar 0,1 MPa@500 Hz, hasil simulasi tegangan keluarannya adalah 11,632 V, sesuai dengan nilai teoritis. Saat ini sensitivitasnya adalah 198,7 dB@500 Hz (0 dB = 1 V/ Pa).

 

3.1.2 Simulasi frekuensi resonansi

Berikut ini juga menggunakan metode simulasi elemen hingga untuk mensimulasikan frekuensi resonansi cangkang bola keramik piezoelektrik, dan pita frekuensi simulasi adalah 1 Hz/200 kHz. Pertama, bahan cangkang bola piezoelektrik disederhanakan menjadi bahan elastis isotropik, dan analisis sapuan frekuensi dilakukan padanya, dan kurva respons frekuensi deformasinya ditunjukkan pada Gambar 3. Menurut rumus (3), frekuensi resonansi fa cangkang bola piezoelektrik di udara diturunkan menjadi 58,557 kHz. Dari Gambar 3 terlihat bahwa nilai simulasi frekuensi resonansi adalah 58,9 kHz, yang pada dasarnya sesuai dengan nilai teoritis. Perlu dicatat bahwa rumus (3) hanyalah perhitungan yang disederhanakan untuk cangkang bola tipis isotropik, dan bahan cangkang bola piezoelektrik tidak isotropik, dan ketebalannya relatif tebal, penerapan rumus (3) secara langsung akan memiliki kesalahan tertentu. Jika seluruh parameter keramik piezoelektrik disubstitusikan, kurva respon frekuensi sensitivitas tegangan rangkaian terbuka ditunjukkan pada Gambar 4. Terlihat dari Gambar 4 bahwa pada pita frekuensi 1 Hz 10 kHz kurva sensitivitas cangkang bola piezoelektrik sangat datar, dengan sensitivitas 198,7 dB, sesuai dengan analisis teoritis. Frekuensi resonansi menjadi 72,1 kHz, sedikit lebih besar dari hasil perhitungan rumus (3), namun tidak mempengaruhi validitas rumus dalam aplikasi teknik. Karena koefisien redaman yang relevan dari bahan piezoelektrik tidak dapat diperoleh, faktor kehilangan matriks fleksibilitas dan faktor kehilangan matriks piezoelektrik dalam model disetel ke 0, yang mengarah pada simulasi bahwa sensitivitas cangkang bola piezoelektrik pada frekuensi resonansi adalah 155 dB, pada kenyataannya sensitivitasnya harus kurang dari nilai ini.

3.2 Simulasi kinerja ketahanan tekanan cangkang bola piezoelektrik

Rumus perhitungan teoritis ketahanan tekanan pada bagian 2 adalah rumus sederhana yang dirangkum untuk kenyamanan aplikasi teknik, dan cangkang bola piezoelektrik sebenarnya. Lubang akan terbuka karena kebutuhan pemasangan, yang dapat menyebabkan kapasitas tekanan sebenarnya tidak sesuai dengan hasil perhitungan teoritis. Untuk mendapatkan kemampuan tekanan transduser cangkang bola piezoelektrik seakurat mungkin, simulasi statik struktur dan simulasi tekuk nilai eigen dilakukan masing-masing melalui perangkat lunak analisis elemen hingga Workbench.

 

3.2.1 Simulasi statis struktural

Simulasi statis struktur dapat memperoleh distribusi tegangan ke seluruh struktur pada saat struktur mendapat beban. Oleh karena itu, tegangan ijin maksimum bahan yang diketahui adalah

Tekanan maksimum yang diijinkan yang dapat ditanggungnya dapat disimulasikan. Model tiga dimensi dari cangkang bola dibuat, dan lubang pemasangan dipasang pada model cangkang bola. Gunakan cangkang bulat

Metode heksahedron digunakan untuk membagi kisi-kisi, dan penyangga rol dipasang pada permukaan silinder dan bidang bawah lubang pemasangan, dan tekanan diterapkan pada permukaan luar transduser cangkang bola piezoelektrik.

Ubah ukuran tekanan secara konstan, dan lakukan analisis statis struktural terhadapnya. Simulasi menemukan bahwa ketika tekanan yang diterapkan pada permukaan luar mencapai 28 MPa, piezoelektrik

Tegangan maksimum cangkang bola adalah 151 MPa, dan distribusi tegangannya ditunjukkan pada Gambar 5 (Untuk memudahkan pengamatan tegangan internal, cangkang bola piezoelektrik dipotong sepanjang garis tengah untuk menunjukkan

Menunjukkan). Perlu dicatat bahwa tegangan maksimum hanya terjadi pada garis batas fillet pada lubang pemasangan, dan tegangan maksimum di tempat lain yang tersisa kurang dari ini.

Tegangan izin aman bahan piezoelektrik adalah 91,9 MPa, sehingga tekanan maksimum izin cangkang bola piezoelektrik dapat mencapai 28 MPa sesuai simulasi. Dan akarnya

Menurut rumus (6), tekanan maksimum yang diijinkan dari transduser cangkang bola piezoelektrik dapat diperoleh sebesar 36,8 MPa. Terlihat bahwa kuat tekan cangkang bola setelah perforasi lebih rendah dibandingkan kuat tekan utuh

Kekuatan teoretis dari seluruh cangkang bola. Dalam simulasi, fenomena konsentrasi tegangan yang muncul di beberapa tempat pada lubang pemasangan melebihi tegangan izin keselamatan, dan apakah hal tersebut mempengaruhi ketahanan tekanan cangkang bola piezoelektrik masih harus diverifikasi melalui uji tekanan.

 

3.2.2 Simulasi tekuk nilai eigen

Simulasi tekuk nilai eigen dapat memperoleh mode tekuk struktur cangkang tipis dan tekanan tekuk kritisnya. Tekanan 1 MPa diterapkan pada permukaan luar transduser cangkang bola piezoelektrik, dan analisis tekuk nilai eigennya dilakukan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa mode tekuk orde pertama ditunjukkan pada Gambar 6, dan bilangan gelombang orde pertama n = 4, yang konsisten dengan karakteristik ketidakstabilan cangkang bola. Faktor beban tekuk orde pertama sebesar 3379, sehingga beban kritis orde pertama sebesar 3379 MPa. Karena orde pertama merupakan nilai beban tekuk terendah, berarti struktur cangkang bola piezoelektrik tidak akan stabil hingga tekanan teoritis mencapai 3379 MPa. Menurut rumus (7), tekanan kritis ketidakstabilan melingkar transduser cangkang bola piezoelektrik dapat diperoleh sebesar 2970 MPa, yang pada dasarnya konsisten dengan hasil simulasi. Hasil simulasi elemen hingga menunjukkan bahwa tekanan maksimum yang diijinkan dari transduser cangkang bola piezoelektrik adalah 28 MPa, dan tekanan tekuk kritisnya adalah 3379 MPa, yang menunjukkan bahwa ketika tekanan eksternal terus meningkat, cangkang bola piezoelektrik berubah. Kejadian pertama pada perangkat energi adalah kegagalan kekuatan, yang juga menunjukkan bahwa kedalaman tegangan penahan amannya adalah 2800 m.

 

4 Pengembangan dan uji kinerja hidrofon tekanan bola

4.1 Pengembangan hidrofon tahan tekanan bola

Dalam tulisan ini, didukung udara terpolarisasi radial transduser cangkang bulat piezoelektrik digunakan sebagai sensor penerima akustik, dan hidrofon tahan tekanan berbentuk bola dirancang dan dibuat. Jari-jari luar cangkang bola piezoelektrik yang digunakan pada hidrofon tahan tekanan bola adalah 15 mm, ketebalan cangkang bola adalah 3 mm, dan bahan keramik piezoelektrik yang digunakan untuk cangkang bola adalah P-51. Bagian dalam cangkang bola piezoelektrik terdapat rongga, dan lapisan terluarnya dilapisi dengan lapisan karet permeabel suara untuk mengisolasi, menyegel, dan melindungi. Ketebalan karet permeabel suara adalah 3 mm. Objek fisik hidrofon tahan tekanan berbentuk bola. Diameter seluruh hidrofon adalah 36 mm.

 

 

4.2 Uji kinerja hidrofon tekanan bola

 

4.2.1 Tes sensitivitas penerimaan

Hidrofon tahan tekanan berbentuk bola yang telah selesai ditempatkan dalam tabung gelombang berdiri, dan sensitivitas penerimaan sirkuit terbuka frekuensi rendahnya diuji dengan metode perbandingan. Tahan bola

Hidrofon tekanan dan hidrofon standar digantung pada ketinggian yang sama di tabung gelombang berdiri pada waktu yang sama, mengubah frekuensi emisi sumber suara tabung gelombang berdiri, dan merekam keduanya secara bersamaan.

Melalui metode perbandingan, sensitivitas penerimaan hidrofon tahan tekanan berbentuk bola . diperoleh Tabung gelombang berdiri yang digunakan hanya dapat menghasilkan kombinasi 50 1000 Hz

Grid standing wave, sehingga pita frekuensi pengukuran kali ini adalah 50 1000 Hz. Hasil pengukuran kurva sensitivitas hidrofon tahan tekanan bola ditunjukkan pada Gambar 8. oleh

Hasil pengujian menunjukkan bahwa sensitivitas hidrofon tahan tekanan bola pada pita frekuensi 50 1000 Hz adalah sekitar 198,4 dB, yang pada dasarnya sesuai dengan nilai teoritis. di dalam

Dalam kisaran 50 1000 Hz, fluktuasi sensitivitas tidak melebihi 0,5 dB. Tabung gelombang berdiri hanya dapat dikalibrasi di bawah 1 kHz. Untuk pita frekuensi 1 kHz sampai dengan 10 kHz, pengukuran dilakukan dalam tangki anechoic. Letakkan hidrofon tahan tekanan bola yang sudah jadi dan hidrofon standar pada posisi yang sama dengan tangki anechoic, gunakan sumber suara untuk memutar sinyal frekuensi tunggal dengan frekuensi berbeda, dan gunakan metode perbandingan untuk menyelesaikan pengukuran sensitivitas penerimaan. Hasil pengukuran kurva sensitivitas hidrofon tahan tekanan bola pada 1 kHz dan 10 kHz ditunjukkan pada Gambar 9. Dari hasil pengujian terlihat bahwa sensitivitas hidrofon tahan tekanan bola pada pita frekuensi 1 kHz dan 10 kHz adalah sekitar 198 dB, yang pada dasarnya sesuai dengan nilai teoritis. Dalam rentang 1 kHz hingga 10 kHz, fluktuasi sensitivitas tidak melebihi 1,4 dB.

 

4.2.2 Uji kebisingan diri

 

Untuk memastikan bahwa hidrofon dapat menangkap sinyal suara yang lemah, hidrofon harus memiliki self-noise yang lebih rendah. Hidrofon tekanan bola

Itu ditempatkan dalam tangki vakum dengan pelindung elektromagnetik, redaman dan pengurangan getaran, dan uji kebisingan mandiri dilakukan pada kartu akuisisi sinyal BK-3050 dengan kebisingan yang sangat rendah.

Spektrum kebisingan diri yang setara dari hidrofon tahan tekanan bola ditunjukkan pada garis padat merah pada Gambar 10. Garis putus-putus hitam pada Gambar 10 adalah penelitian paling awal tentang kebisingan laut. Tingkat spektrum kebisingan latar belakang laut keadaan laut tingkat 0 dirangkum oleh Kundson [9]. Menurut kurva Kundson, kebisingan latar belakang laut dalam keadaan laut 0. Tingkat spektrum suara sekitar 44 dB@1 kHz. Perlu diketahui bahwa data ini merupakan hasil penelitian tahun 1948. Beberapa tahun terakhir ini, seiring dengan pelayaran global

Dengan perkembangan pesat, kebisingan latar belakang laut meningkat dari tahun ke tahun. Garis putus-putus biru pada Gambar 10 merupakan tingkat spektrum kebisingan latar belakang Laut Cina Selatan pada tahun 2013 pada kondisi laut tingkat 0. Garis dapat dilihat bahwa tingkat spektrum kebisingan sendiri yang setara dari hidrofon tahan tekanan bola lebih rendah dari atau sama dengan keadaan laut tingkat 0 pada kisaran 10 1500 Hz. Kebisingan pemandangan sedikit lebih tinggi dari kebisingan latar belakang laut keadaan laut tingkat 0 pada kisaran 1500 5000Hz. Spektrum self-noise yang setara pada 1000 Hz. Levelnya adalah 46,5 dB.

 

4.2.3 Uji kinerja tegangan tahan

Untuk memverifikasi kemampuan ketahanan tekanan dari hidrofon tahan tekanan bola , sampel hidrofon tahan tekanan bola dimasukkan ke dalam autoklaf untuk dilakukan uji tekanan. Untuk menjamin keamanan, sistem pengujian diberi tekanan dengan air bertekanan tinggi. Berdasarkan analisis sebelumnya, kapasitas ketahanan tekanan amannya adalah 28 MPa, yang berada di bawah 1,5 kali faktor keamanan.

Hasil yang diperoleh, yaitu kemampuan tekanan ultimit teoritisnya adalah 42 MPa. Untuk menyeimbangkan keamanan dan kemudahan penggunaan, berikut ini dibulatkan menjadi

30 MPa untuk pengujian. Selama pengujian, pertama-tama beri tekanan hingga 30 MPa, tahan tekanan selama 3 jam, lepaskan tekanan, dan periksa hidrofon; kemudian tekan lagi hingga 30 MPa, dan ulangi pengujian sebanyak 3 kali. Tidak ada penurunan tekanan signifikan yang terjadi selama keseluruhan proses pemberian tekanan. Setelah setiap pemberian tekanan, periksa hidrofon yang akan diuji. Tampilannya tidak rusak. Penimbangannya konsisten sebelum dan sesudah pengujian. Kemudian sensitivitasnya diuji kembali dalam tabung gelombang berdiri. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sensitivitas pada dasarnya sama dengan sensitivitas sebelum diberi tekanan. Hal ini membuktikan mampu menahan tekanan air 3000 m.

 

5 Kesimpulan

Dalam makalah ini, kombinasi rumus teoretis dan simulasi elemen hingga digunakan, dan struktur serta material cangkang bola piezoelektrik memiliki kemampuan tahan tekanan, dan transduser cangkang bola piezoelektrik yang didukung udara terpolarisasi radial digunakan sebagai elemen sensitif penerima akustik. Dan membuat hidrofon tahan tekanan berbentuk bola. Diameter hidrofon tahan tekanan bola adalah 36 mm, pita frekuensi kerja 50 Hz 10 kHz, sensitivitas frekuensi rendah 198,4 dB, tingkat spektrum kebisingan mandiri setara 46,5 dB@1 kHz, dan kedalaman kerja 3000 m. Skema cangkang bola piezoelektrik yang didukung udara yang digunakan dalam makalah ini telah memperoleh kapasitas ketahanan tekanan tertentu dalam kondisi sensitivitas tinggi. Jika kedalaman ketahanan tekanan ingin terus ditingkatkan, sensitivitasnya harus hilang. Solusi ini dapat mencapai ketahanan tekanan yang relatif terbatas. Jika hidrofon perlu mendapatkan ketahanan tekanan yang lebih besar (seperti kedalaman laut penuh), lebih baik memilih larutan berisi minyak atau larutan luapan.