Berita

Anda di sini: Rumah / Berita / Dasar-dasar Keramik Piezoelektrik / ketahanan isolasi dan umur rata-rata hidrofon keramik piezoelektrik

ketahanan isolasi dan umur rata-rata hidrofon keramik piezoelektrik

Dilihat: 45 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 16-10-2019 Asal: Lokasi

Menanyakan

Hidrofon keramik piezoelektrik memiliki beragam aplikasi dalam sonar karena kerataannya, kinerjanya stabil, dan strukturnya sederhana. Mode kegagalan utama hidrofon keramik piezoelektrik adalah penurunan resistansi isolasi. Resistansi isolasi rata-rata hidrofon dikurangi hingga melebihi kriteria kegagalan yang ditentukan Rfc, yang dinilai sebagai kegagalan. Oleh karena itu, mempelajari variasi resistansi isolasi hidrofon keramik piezoelektrik, pengaruh penurunan resistansi isolasi terhadap sensitivitas dan penentuan umur rata-rata sangat penting untuk memahami dan menguasai indeks kinerja dan keandalan hidrofon dengan benar. Pemeliharaan dan perlindungannya juga mempunyai nilai acuan tertentu.

1 Umur rata-rata hidrofon
Menurut teori keandalan, jumlah Produk transduser cakram piezoelektrik diuji dalam kondisi yang sama, dan data umur total diukur. Kemudian, MTTF dari waktu pra-gangguan rata-rata adalah di mana r(t) adalah jumlah kumulatif kegagalan produk selama jam kerja dari 0 hingga t. Ketika distribusi umur produk mengikuti distribusi eksponensial, MTTF-nya adalah kebalikan dari tingkat kegagalan λ (probabilitas kegagalan produk bekerja pada waktu tertentu dan satuan waktu setelah waktu tersebut), yaitu 1/λ. Hidrofon dapat menggunakan MTTF untuk mewakili umur rata-ratanya. Dalam bidang teknik, isolasi rata-rata semua hidrofon dalam batch sering digunakan, dan resistansi Rm dikurangi menjadi waktu tav dari standar kesalahan Rfc sebagai umur rata-rata. Pada nilai Rfc, beberapa hidrofon telah rusak. Meskipun hidrofon lain dapat bekerja secara normal, sensitivitasnya akan turun tajam pada pita frekuensi rendah, yang akan berdampak serius pada kinerja rangkaian penerima. Oleh karena itu, harus diganti secepatnya. .

2 resistansi isolasi hidrofon

2.1 Mekanisme dan hukum penurunan resistansi isolasi

Komponen inti hidrofon keramik piezoelektrik adalah komponen keramik piezoelektrik. Ketika komponen keramik piezoelektrik dikeringkan, resistansi isolasinya tinggi, dan ketika molekul air menyusup, resistansi isolasinya lebih rendah. Semakin banyak molekul air yang terinfiltrasi, semakin besar pula resistansi isolasinya. Hidrofon keramik piezoelektrik bekerja di dalam air selama bertahun-tahun. Komponen keramik piezoelektrik dikemas dengan bahan kedap air (seperti neoprena, poliuretan, dll.), tetapi molekul air selalu melewati permukaan satu atau dua bahan tersebut. Permukaan ikatan menembus permukaan dan bagian dalam komponen keramik piezoelektrik, sehingga resistansi isolasi hidrofon menjadi lebih rendah. Semakin lama hidrofon digunakan, maka semakin banyak molekul air yang terakumulasi pada permukaan dan bagian dalam komponen keramik piezo, dan semakin besar resistansi insulasi maka hidrofon akan mengalami kegagalan fungsi. Dari analisa di atas terlihat bahwa penurunan tahanan isolasi hidrofon tidak dapat dihindari dan tidak dapat diubah. Kita tidak bisa membiarkan resistansi isolasi hidrofon tidak turun, yang bisa kita lakukan hanyalah menunda kecepatan penurunannya. Memperlambat resistansi isolasi berarti meningkatkan umur hidrofon. Pengukuran berikut dapat digunakan untuk memperlambat resistansi resistansi isolasi hidrofon (1) Penggunaan komponen keramik piezoelektrik dengan daya serap air yang rendah. Secara umum, bahan dengan kepadatan lebih tinggi kurang higroskopis dibandingkan bahan dengan kepadatan lebih rendah. Bahan keramik piezoelektrik PZT yang umum digunakan memiliki kepadatan 7,8 g/cm3, dan bahan keramik piezoelektrik barium titanat yang jarang digunakan memiliki kepadatan 5,7 g/cm3, dan yang terakhir memiliki 'higroskopisitas' yang jauh lebih besar; 2) Gunakan bahan kedap air dengan permeabilitas air rendah; (3) Meningkatkan proses pembuatan hidrofon, dan seringkali mendapat efek yang jelas. Untuk hidrofon piezoceramic tunggal, kita tidak dapat memprediksi hukum penurunan resistansi insulasinya, dan juga tidak dapat memprediksi kapan ia akan rusak. Namun untuk sejumlah hidrofon, dan jumlah hidrofon tersebut banyak, resistansi isolasinya akan mengikuti hukum tertentu, yang disebut hukum statistik. Melihat contohnya terlebih dahulu, meskipun tidak praktis, namun diabstraksi dari kenyataan dan memiliki dasar praktis. hidrofon mulai digunakan, dan Rfc standar = 0,5 MΩ untuk menentukan kerusakan hidrofon diasumsikan. Pada hari-hari awal penggunaan, distribusi khas resistansi isolasi hidrofon diukur. Sebagian besar hidrofon memiliki resistansi isolasi Rm lebih besar dari atau sama dengan 100 MΩ, sedangkan 50 sensor cakram keramik piezo tunduk pada hukum eksponensial. Artinya, pada suhu tertentu, rumus berikut berlaku.

2.2 Resistensi isolasi dan sensitivitas hidrofon

Dari analisis rangkaian ekivalen, resistansi isolasi hidrofon dapat dianggap sejajar dengan kedua ujung hidrofon. Ketika jumlah molekul air yang menembus permukaan elemen keramik piezo dan air bagian dalam melalui bahan penutup kedap air dan lapisan pengikat meningkat, resistansi isolasi Rm hidrofon akan terus menurun. Menurunkan Rm ke level tertentu akan mengurangi sensitivitas hidrofon. Semakin rendah frekuensi operasi, semakin besar pengurangan M. Diagram rangkaian ekivalen hidrofon keramik piezoelektrik dapat diberikan dalam bentuk sumber arus konstan, dan dapat juga diberikan dalam bentuk sumber tegangan konstan. Sumber tegangan konstan adalah diagram rangkaian ekivalen yang menunjukkan hasil simulasi dan pengukuran aktual dari pengurangan sensitivitas hidrofon di bawah resistansi isolasi yang berbeda. Baik perhitungan teoritis maupun pengukuran aktual membuktikan bahwa semakin kecil kapasitansi statis hidrofon, semakin besar pula dampak penurunan Rm pada M. Karena kapasitansi statis hidrofon yang diuji sangat besar, hingga 100.000 pF, maka penurunan resistansi isolasi Rm mempunyai pengaruh yang relatif kecil terhadap sensitivitasnya. Ketika Rm ≥ 10 kΩ, pengaruhnya terhadap M dapat diabaikan; ketika Rm < 10 kΩ, itu akan berdampak besar pada M, dan hidrofon dinilai sebagai kesalahan. Nilai resistansi isolasi yang menentukan gangguan hidrofon kita sebut sebagai nilai gangguan Rf. Pada contoh di atas, Rf = 10 kΩ.

Jelasnya, jika kapasitansi statis hidrofon adalah 10.000 pF, sensitivitas akan terpengaruh secara signifikan bila resistansi isolasi kurang dari 100 kΩ. Saat ini, Rf=100 kΩ. Berdasarkan hasil diatas dan nilai sensitivitas hidrofon yang dimungkinkan oleh mesin sonar maka dapat ditentukan kriteria kegagalan Rfc. Rfc harus lebih dari 10 kali lebih besar dari Rf, untuk memastikan bahwa resistansi isolasi rata-rata semua hidrofon dalam susunan mendekati Rfc, jumlah hidrofon yang resistansi isolasi Rm kurang dari Rf, yaitu jumlah kesalahan hidrofon serak. Dalam rentang yang diizinkan oleh seluruh mesin. Selain itu, hidrofon dipasang di bawah permukaan air kapal. Setelah hidrofon ditemukan rusak, biasanya perlu menunggu hingga kapal berlabuh untuk melaksanakan penggantian hidrofon, sehingga terjadi penundaan. Selama waktu tunda ini, resistansi isolasi hidrofon akan terus menurun. Oleh karena itu, standar kesalahan Rfc harus diatur lebih tinggi untuk memastikan hidrofon dapat digunakan secara normal sebelum penggantian. Selain itu, resistansi isolasi hidrofon memiliki hubungan yang erat dengan suhu sekitar, dan hal ini harus dipertimbangkan sepenuhnya saat menentukan standar kesalahan Rfc hidrofon.

2.3 Hubungan antara resistansi isolasi dan suhu lingkungan

Resistansi isolasi sebesar Transduser cakram piezoceramic berkaitan erat dengan suhu sekitar: suhu sekitar naik, resistansi isolasi menurun, Baik teori maupun sejumlah besar praktik telah membuktikan bahwa hubungan antara resistansi isolasi Rm dari hidrofon keramik piezoelektrik. suhu lingkungan mirip dengan hubungan antara waktu penggunaan dan hukum eksponensial. Dalam rumusnya, Rmo adalah resistansi isolasi yang diukur pada suhu referensi t0; k3 adalah koefisien suhu tipe I. Demikian pula, rumus di atas juga dapat ditulis dalam bentuk yang lebih mudah dan intuitif, k4 = exp(−k3), yang merupakan koefisien suhu tipe II, kemudian mo R ≈ R k , hidrofon keramik piezoelektrik barium titanat yang dimodifikasi. Hasil simulasi dan hasil pengukuran hubungan antara resistansi isolasi dan suhu lingkungan. Hasil pengukuran mendekati hasil simulasi, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. Hasil simulasi dan hasil pengukuran hubungan antara resistansi isolasi hidrofon keramik piezoelektrik PZT dengan suhu lingkungan ditampilkan. Hasil pengujiannya juga mendekati hasil simulasi, k4=0,90~0,94/1°C. Hubungan antara ketahanan isolasi hidrofon keramik piezoelektrik dan waktu penggunaan tidak dapat diubah; jika tidak, hubungan antara resistansi isolasi hidrofon keramik piezoelektrik dan suhu lingkungan bersifat reversibel, yaitu ketika suhu lingkungan kembali ke nilai aslinya, isolasinya.

Resistansinya juga akan kembali ke nilai semula. Resistansi isolasi hidrofon sangat bervariasi menurut suhu lingkungan. Untuk setiap kenaikan suhu ruangan sebesar 11 °C, resistansi insulasi berkurang sekitar setengahnya. Dibandingkan dengan hidrofon keramik piezoelektrik barium titanat yang dimodifikasi, resistansi isolasi hidrofon keramik piezoelektrik PZT akan lebih banyak berubah seiring dengan suhu sekitar. Aturan variasi yang disebutkan di atas berbeda untuk jenis dan spesifikasi berbeda dari bahan keramik piezoelektrik dengan struktur berbeda dan bahan pelapis kedap air berbeda, yang perlu ditentukan melalui eksperimen. Saat menentukan standar kegagalan Rfc hidrofon keramik piezoelektrik, hubungan antara resistansi isolasi hidrofon dan suhu lingkungan harus dipertimbangkan sepenuhnya. Untuk peralatan dengan persyaratan keandalan tinggi, Rfc hidrofon pendukung harus ditentukan pada suhu lingkungan tertinggi (misalnya, 30 °C). Jadi, ketika suhu lingkungan turun, resistansi isolasi hidrofon hanya akan meningkat, dan tidak akan mempengaruhi penggunaan normal.

Mode utama hidrofon keramik piezoelektrik adalah pengurangan resistansi isolasi. Mekanismenya adalah molekul air menembus permukaan dan bagian dalam komponen keramik piezo melalui bahan pelapis kedap air dan lapisan pengikat. Resistansi isolasi menurun seiring bertambahnya waktu penggunaan dan memenuhi hukum eksponensial. Resistansi isolasi menurun seiring dengan meningkatnya suhu lingkungan, dan juga memenuhi hukum eksponensial. Ketika resistansi isolasi diturunkan ke tingkat tertentu, maka akan berdampak signifikan pada sensitivitas hidrofon, dan lebih buruk lagi pada rentang frekuensi rendah. Secara praktis, akan lebih mudah untuk menentukan waktu rata-rata penurunan resistansi isolasi rata-rata dari sekumpulan hidrofon ke standar kegagalan yang ditentukan. Dalam menentukan standar gangguan, berdasarkan hubungan antara resistansi isolasi hidrofon dan sensitivitas, hubungan antara resistansi isolasi hidrofon dan suhu sekitar dipertimbangkan sepenuhnya, dan penundaan antara kegagalan hidrofon dan pelaksanaan penggantian ditemukan, dan kesalahan ditingkatkan secara tepat.