Hidrofon tahan tekanan berdasarkan cangkang sfera seramik piezoelektrik

Berdasarkan rintangan tekanan bagi cangkerang sfera seramik piezoelektrik itu sendiri, sebuah tahan tekanan. hidrofon telah direka bentuk dan dibuat dengan menggunakan penyandar udara berkutub jejari cangkang sfera piezoelektrik. transduser sebagai unsur sensitif akustik. Pertama, ciri-ciri akustik seperti litar terbuka frekuensi rendah. sensitiviti menerima dan kekerapan getaran telah dianalisis dan disimulasikan dengan kaedah unsur terhingga. Kemudian prestasi tahan tekanan seperti kekuatan dan kestabilan dianalisis, juga disimulasikan dengan perisian FE. Akhirnya, prestasi akustik dan rintangan tekanannya telah diuji. Keputusan ujian menunjukkan bahawa diameter hidrofon tahan tekanan ialah 36 mm, dan julat frekuensi kerjanya adalah dari 50 Hz hingga 10 kHz. Kepekaan tekanan frekuensi rendah ialah 198:4 dB (0 dB ref 1 V/Pa), tahap spektrum hingar ialah 46.5 dB pada 1 kHz, dan kedalaman kerjanya ialah 3000 m. Hidrofon tahan tekanan ini menyediakan rujukan untuk reka bentuk hidrofon air dalam dan mempunyai nilai aplikasi penting dalam bidang akustik air dalam.

 

pengenalan

 

Sejak memasuki abad ke-21, penyelidikan dan pembangunan laut dalam semakin mendapat perhatian dan menjadi kawasan yang hangat untuk persaingan di kalangan negara. Hidrofon tahan tekanan adalah peralatan yang sangat diperlukan untuk pembangunan laut dalam. Di samping itu, dengan perkembangan pesat teknologi ketenteraan di pelbagai negara, pelbagai peralatan bawah air seperti kapal selam, torpedo, kenderaan udara tanpa pemandu (UUV), peluncur bawah air (UUG), robot bawah air (ROV), sasaran tenggelam, dll. Dengan kedalaman yang semakin meningkat, peralatan air dalam ini biasanya perlu dilengkapi dengan hidrofon tahan tekanan yang boleh memenuhi kedalaman kerjanya. Untuk menahan kesan tekanan hidrostatik tinggi, hidrofon tahan tekanan biasanya menggunakan struktur kalis tekanan khas atau reka bentuk keseimbangan tekanan dalaman dan luaran, seperti struktur pelepasan tekanan atau pampasan tekanan, struktur limpahan minyak yang dipenuhi minyak, dsb. Struktur yang dipenuhi minyak dan limpahan secara teorinya boleh menahan tekanan statik keseluruhan kedalaman laut, dan merupakan struktur tahan tekanan hidrofon yang paling biasa digunakan. Hidrofon tahan tekanan kedua-dua struktur ini biasanya menggunakan tiub seramik piezoelektrik sebagai transduser penerima. Hidrofon tiub seramik piezoelektrik ini mempunyai kelebihan struktur dan teknologi yang mudah, tetapi juga mempunyai kelebihan sensitiviti voltan litar terbuka frekuensi rendah rendah. Keburukan. Tiub piezoelektrik terkutub jejari dicelah untuk meningkatkan sensitiviti penerimaan, tetapi ia juga sangat mengecilkan jalur frekuensi kerja, iaitu hanya 10/200 Hz. Jika jalur frekuensi menerima hidrofon tiub bulat seramik piezoelektrik adalah berhampiran frekuensi resonansnya, walaupun kepekaan boleh dipertingkatkan, jalur frekuensi kerjanya akan sangat terhad, dan kerataan lengkung sensitiviti akan hilang. Sebagai tambahan kepada transduser tiub bulat piezoelektrik, transduser shell sfera piezoelektrik juga biasa digunakan transduser penerima untuk hidrofon tekanan akustik. Transduser cangkang sfera piezoelektrik mempunyai banyak kelebihan seperti struktur dan proses yang mudah, kepekaan yang tinggi, omnidirectionality yang baik, dan lebar jalur frekuensi kerja. Lebih penting lagi, ciri-ciri bahan dan struktur menentukan bahawa cangkang sfera seramik piezoelektrik itu sendiri mempunyai rintangan yang tinggi. Sebagai tambahan kepada struktur berisi minyak atau limpahan, ini memberikan satu lagi kemungkinan untuk reka bentuk hidrofon tahan tekanan, iaitu, penggunaan cangkerang sfera piezoelektrik bersandar udara sebagai transduser penerima hidrofon tahan tekanan.

 

1 Ciri-ciri penerimaan akustik bagi transduser cangkang sfera piezoelektrik

 

 Frekuensi rendah menerima sensitiviti

 

Dihadkan oleh bentuk dan teknologi pemprosesan, cengkerang sfera seramik piezoelektrik biasanya hanya mempunyai satu mod polarisasi: polarisasi jejarian, dan elektrod positif dan negatif masing-masing pada permukaan dalam dan luar cengkerang sfera. Untuk transduser cengkerang sfera piezoelektrik dengan jejari dalam a dan jejari luar b, apabila tertakluk kepada tekanan bunyi p0 yang frekuensinya jauh lebih rendah daripada frekuensi intrinsiknya, beza keupayaan V akan dijana antara elektrod dalam dan luar cengkerang sfera piezoelektrik. Kepekaan penerimaan hidrofon biasanya dinyatakan oleh kepekaan penerimaan medan bebas Me. Me ditakrifkan sebagai nisbah voltan litar terbuka pada output hidrofon kepada tekanan bunyi medan bebas pada kedudukan hidrofon dalam medan bunyi. Bentuk desibelnya ialah medan bebas menerima sensitiviti. . Oleh itu, litar terbuka frekuensi rendah menerima sensitiviti voltan shell sfera piezoelektrik bersandarkan udara. Di bawah premis bahawa bahan piezoelektrik adalah bahan yang digunakan dalam artikel ini, apabila t adalah malar, lebih besar b adalah, iaitu, lebih besar diameter luar cengkerang sfera piezoelektrik, lebih tinggi kepekaan; Apabila b adalah pasti dan t 0.36, sensitiviti adalah yang paling kecil, dan titik ini harus dielakkan dalam reka bentuk; apabila b adalah pasti dan t <0:36, lebih kecil t, iaitu, lebih nipis cengkerang sfera piezoelektrik, lebih tinggi kepekaan.

 

1.2 Kekerapan resonans

 

Untuk piezoelektrik nipis transduser akustik bawah air sfera , frekuensi resonansinya di udara. Ia boleh dilihat bahawa kekerapan resonans cengkerang sfera piezoelektrik nipis hanyalah jejari purata r dan ketumpatan bahan s, modulus Young Y E11 Ia berkaitan dengan nisbah Poisson, yang bersamaan dengan memudahkannya kepada cangkerang sfera bahan elastik isotropik. Ia boleh dilihat bahawa apabila bahan piezoelektrik ditentukan, semakin besar jejari purata r petala sfera, semakin tinggi titik resonans dan lebar jalur kerja yang lebih luas. Apabila di dalam air, disebabkan oleh peningkatan impedans sinaran transduser cangkang sfera piezoelektrik, frekuensi resonansnya akan lebih rendah sedikit daripada frekuensi resonan di udara. Apabila hidrofon sfera piezoelektrik digunakan untuk penerimaan frekuensi rendah, untuk memastikan kerataan sensitivitinya, frekuensi kerjanya adalah jauh dari frekuensi resonansnya. Dalam kejuruteraan, ia secara amnya dikehendaki bahawa kekerapan resonansnya sekurang-kurangnya 5 kali ganda kekerapan had atas kerjanya.

 

 

 

2 Analisis prestasi rintangan tekanan transduser cangkang sfera piezoelektrik

 

Mod kegagalan struktur tahan tekanan terutamanya termasuk kegagalan kekuatan, kegagalan kekakuan, kegagalan kestabilan dan kegagalan kakisan. Untuk hidrofon kedalaman yang besar, beban yang ditanggung adalah terutamanya tekanan air luaran, dan mod kegagalannya adalah terutamanya kegagalan kekuatan dan kegagalan kestabilan. Dua situasi kegagalan transduser cangkang sfera piezoelektrik dibincangkan di bawah.

 

2.1 Analisis kegagalan kekuatan

Kegagalan kekuatan merujuk kepada fenomena bahawa ubah bentuk atau patah tak boleh balik berlaku selepas tegasan maksimum dalam bekas melebihi had hasil, menyebabkan bekas kehilangan kapasiti galas bebannya. Sepadan dengan kegagalan kekuatan ialah tekanan maksimum yang dibenarkan bagi transduser cangkang sfera piezoelektrik. Menurut teori bebas momen cengkerang berputar, di bawah tindakan tekanan luar p, cengkerang sfera akan menghasilkan tegasan tegangan paksi z dan tegasan tegangan gelung, dan kedua-duanya adalah sama nilainya. Antaranya, D0 berada di luar Diameter cangkang sfera, unitnya ialah mm; ialah ketebalan cangkerang sfera, unitnya ialah mm. Menurut teori tegasan utama maksimum, reka bentuk struktur tahan tekanan mesti dipenuhi. Antaranya ialah tekanan yang dibenarkan. Menurut piawaian kebangsaan negara saya GB 150.3, untuk standard bahan kekuatan hasil suhu normal Rel, faktor keselamatan ialah ns = 1:5. Kekuatan hasil suhu biasa bahan seramik piezoelektrik P-51 yang digunakan dalam cengkerang sfera piezoelektrik ialah Rel = 137:9 MPa, jadi tegasan yang dibenarkan bagi bahan [] = Rel/ns = 91:9 MPa. Menggantikan parameter t, tekanan maksimum yang dibenarkan bagi transduser cangkang sfera piezoelektrik boleh diperolehi kerana mudah untuk mengetahui bahawa semakin besar nisbah t ketebalan cangkang sfera kepada diameter luar, semakin kuat kekuatan cangkang sfera piezoelektrik dan keupayaan rintangan tekanan.

 

2.2 Analisis kegagalan kestabilan

Kegagalan kestabilan merujuk kepada fenomena bahawa bekas berubah daripada keadaan keseimbangan stabil kepada keadaan tidak stabil lain di bawah tindakan beban luaran, dan bentuknya berubah secara tiba-tiba dan kehilangan keupayaan kerja normalnya. Sepadan dengan kegagalan kestabilan ialah ketidakstabilan kritikal tekanan yang dibenarkan bagi transduser cangkang sfera piezoelektrik. Menurut teori ubah bentuk kecil, tekanan ketidakstabilan kritikal pcr cangkang sfera di bawah daya luaran mempunyai ralat besar untuk formula ini, jadi faktor keselamatan yang besar sering digunakan untuk mengimbangi. Menurut GB 150.3, faktor keselamatan kestabilan diambil sebagai m = 14:25, jadi tekanan kritikal yang dibenarkan untuk ketidakstabilan lilitan [p] = pcr/m. Menggantikan parameter t dengan cara yang sama, tekanan kritikal yang dibenarkan untuk ketidakstabilan lilitan transduser cangkang sfera piezoelektrik mudah diketahui. Apabila bahan piezoelektrik ditentukan, lebih besar nisbah t ketebalan cangkerang sfera kepada diameter luar, lebih besar tekanan Kestabilan dan rintangan tekanan cangkerang bebola elektrik lebih kuat.

 

3 Simulasi unsur terhingga

Daripada analisis di atas, untuk sensitiviti dan kekerapan kerja cangkang sfera piezoelektrik, lebih besar diameter luar, lebih nipis lebih baik; dan untuk rintangan tekanannya, semakin kecil diameter luar, semakin tebal ketebalannya. ia adalah baik. Iaitu, prestasi akustik dan prestasi rintangan tekanan saling bertentangan. Memandangkan keperluan prestasi akustik dan rintangan tekanan, serta kesukaran dan kos pemprosesan cengkerang sfera (biasanya lebih besar diameter luar, lebih besar ketebalan, lebih besar kesukaran pemprosesan dan lebih tinggi kos), jejari luar shell sfera reka bentuk b = 15 mm, Ketebalan = 3 mm. Bahan piezoelektrik yang digunakan dalam cengkerang sfera ialah P-51, pekali piezoelektriknya g33 = 25: 6 10 3 V m/N, g31 = 9: 6 10 3 V m/N, ketumpatan s = 7600 kg/m3, modulus Young Y E11 = 10's Pax = 10's = 10's. 0:36.

 

3.1 Simulasi ciri akustik cengkerang sfera piezoelektrik

Untuk mengesahkan ketepatan analisis ciri penerimaan akustik transduser cangkang sfera piezoelektrik, kaedah analisis unsur terhingga digunakan untuk memodelkan dan mensimulasikannya, dan perisian simulasi COMSOL5.4 digunakan.

 

3.1.1 Menerima simulasi sensitiviti

Mula-mula buat model struktur cangkerang sfera tiga dimensi. Untuk memudahkan geometri pemodelan dan mempercepatkan penyelesaian, model hanya mencipta 1/8 cengkerang sfera piezoelektrik dan menggunakan 3 kekangan simetri satah untuk mencapai cengkerang sfera yang lengkap. Cipta sistem koordinat polarisasi jejari bahan piezoelektrik dalam koordinat sfera dan gunakan parameter bahan bahan piezoelektrik P-51. Tetapkan beban sempadan sebagai tekanan 0.1 MPa pada permukaan luar dan tiada tekanan pada permukaan dalam. Dengan melakukan analisis domain frekuensi, ia diselesaikan sebagai masalah keadaan mantap. Rajah 2 menunjukkan hasil simulasi taburan potensi cengkerang sfera piezoelektrik apabila dikenakan tekanan dengan frekuensi 500 Hz dan tekanan 0.1 MPa.

Menggantikan saiz dan parameter bahan kulit sfera piezoelektrik ke dalam formula, litar terbuka teori apabila ia tertakluk kepada tekanan bunyi frekuensi rendah 0.1 MPa boleh diperolehi

Voltan keluaran ialah 11.646 V. Dapat dilihat daripada Rajah 2 bahawa apabila cengkerang sfera piezoelektrik tertakluk kepada tekanan bunyi 0.1 MPa@500 Hz, hasil simulasi voltan keluarannya ialah 11.632 V, yang konsisten dengan nilai teori. Pada masa ini sensitivitinya ialah 198.7 dB@500 Hz (0 dB = 1 V/ Pa).

 

3.1.2 Simulasi frekuensi resonans

Yang berikut juga menggunakan kaedah simulasi unsur terhingga untuk mensimulasikan kekerapan resonans cengkerang sfera seramik piezoelektrik, dan jalur frekuensi simulasi ialah 1 Hz/200 kHz. Pertama, bahan cengkerang sfera piezoelektrik dipermudahkan menjadi bahan elastik isotropik, dan analisis sapuan frekuensi dilakukan di atasnya, dan lengkung tindak balas frekuensi ubah bentuknya ditunjukkan dalam Rajah 3. Menurut formula (3), frekuensi resonan fa bagi cengkerang sfera piezoelektrik di udara diperolehi kepada 58. Daripada Rajah 3, dapat dilihat bahawa nilai simulasi frekuensi resonans ialah 58.9 kHz, yang pada asasnya konsisten dengan nilai teori. Perlu diingatkan bahawa formula (3) hanyalah pengiraan yang dipermudahkan untuk cangkang sfera nipis isotropik, dan bahan cangkang sfera piezoelektrik tidak isotropik, dan ketebalannya agak tebal, secara langsung menggunakan formula (3) akan mempunyai ralat tertentu. Jika parameter lengkap seramik piezoelektrik digantikan, lengkung tindak balas frekuensi bagi kepekaan voltan litar terbuka ditunjukkan dalam Rajah 4. Ia boleh dilihat daripada Rajah 4 bahawa dalam jalur frekuensi 1 Hz 10 kHz, lengkung kepekaan bagi sfera piezoelektrik adalah sangat rata, dengan kepekaan dB1988 yang konsisten, dengan kepekaan dB1988. analisis. Kekerapan resonan menjadi 72.1 kHz, yang lebih besar sedikit daripada hasil pengiraan formula (3), tetapi ia tidak menjejaskan kesahihan formula dalam aplikasi kejuruteraan. Oleh kerana pekali redaman bahan piezoelektrik yang berkaitan tidak dapat diperoleh, faktor kehilangan matriks fleksibiliti dan faktor kehilangan matriks piezoelektrik dalam model ditetapkan kepada 0, yang membawa kepada simulasi bahawa kepekaan cengkerang sfera piezoelektrik pada frekuensi resonans ialah 155 dB, sebenarnya kepekaan ini sepatutnya kurang daripada nilai ini.

3.2 Simulasi prestasi rintangan tekanan bagi cangkang sfera piezoelektrik

Formula pengiraan teori rintangan tekanan dalam bahagian 2 ialah formula ringkas yang diringkaskan untuk kemudahan aplikasi kejuruteraan, dan shell sfera piezoelektrik sebenar. Lubang akan dibuka kerana keperluan pemasangan, yang mungkin menyebabkan kapasiti tekanan sebenar tidak konsisten dengan hasil pengiraan teori. Untuk mendapatkan keupayaan tekanan transduser cengkerang sfera piezoelektrik setepat mungkin, simulasi statik struktur dan simulasi lengkokan nilai eigen telah dijalankan masing-masing melalui perisian analisis unsur terhingga Workbench.

 

3.2.1 Simulasi statik struktur

Simulasi statik struktur boleh mendapatkan taburan tegasan di seluruh struktur apabila struktur berada di bawah beban. Oleh itu, tegasan maksimum yang dibenarkan bagi bahan yang diketahui ialah

Tekanan maksimum yang dibenarkan boleh ditanggung boleh disimulasikan. Model tiga dimensi cangkerang sfera ditubuhkan, dan lubang pelekap ditetapkan pada model cangkerang sfera. Mengamalkan cangkerang sfera

Kaedah hexahedron digunakan untuk membahagikan grid, dan penyokong penggelek ditetapkan pada permukaan silinder dan satah bawah lubang pelekap, dan tekanan dikenakan pada permukaan luar transduser cangkang sfera piezoelektrik.

Sentiasa menukar saiz tekanan, dan menjalankan analisis statik struktur padanya. Simulasi mendapati bahawa apabila tekanan yang dikenakan pada permukaan luar mencapai 28 MPa, piezoelektrik

Tegasan maksimum cengkerang sfera ialah 151 MPa, dan taburan tegasannya ditunjukkan dalam Rajah 5 (Untuk memudahkan pemerhatian tegasan dalaman, cangkang sfera piezoelektrik dipotong di sepanjang garis tengah untuk menunjukkan

Tunjukkan). Perlu diingatkan bahawa tegasan maksimum hanya berlaku pada garis sempadan fillet pada lubang pelekap, dan tegasan maksimum di tempat lain yang tinggal adalah kurang daripada ini.

Tegasan selamat yang dibenarkan bagi bahan piezoelektrik ialah 91.9 MPa, jadi tekanan maksimum yang dibenarkan bagi cengkerang sfera piezoelektrik boleh mencapai 28 MPa mengikut simulasi. Dan akarnya

Menurut formula (6), tekanan maksimum yang dibenarkan bagi transduser cangkang sfera piezoelektrik boleh didapati sebagai 36.8 MPa. Ia boleh dilihat bahawa kekuatan mampatan cengkerang sfera selepas penembusan adalah lebih rendah daripada kekuatan mampatan lengkap.

Kekuatan teori keseluruhan cangkang sfera. Dalam simulasi, fenomena kepekatan tegasan yang muncul di beberapa tempat di lubang pelekap melebihi tegasan keselamatan yang dibenarkan, dan sama ada ia menjejaskan rintangan tekanan cengkerang sfera piezoelektrik masih perlu disahkan oleh ujian tekanan.

 

3.2.2 Simulasi lengkokan nilai eigen

Simulasi lengkokan nilai eigen boleh mendapatkan mod lengkokan struktur cengkerang nipis dan tekanan lengkokan kritikal yang sepadan dengannya. Tekanan 1 MPa telah dikenakan pada permukaan luar transduser cangkang sfera piezoelektrik, dan analisis lengkokan nilai eigennya telah dilakukan. Keputusan simulasi menunjukkan bahawa mod lengkok tertib pertama ditunjukkan dalam Rajah 6, dan nombor gelombang tertib pertama n = 4, yang konsisten dengan ciri ketidakstabilan cengkerang sfera. Faktor beban lengkok tertib pertama ialah 3379, jadi beban kritikal tertib pertamanya ialah 3379 MPa. Oleh kerana susunan pertama adalah nilai terendah beban lengkokan, ini bermakna struktur cangkang sfera piezoelektrik tidak akan stabil sehingga tekanan teori mencapai 3379 MPa. Menurut formula (7), tekanan kritikal ketidakstabilan lilitan transduser cangkang sfera piezoelektrik boleh didapati sebagai 2970 MPa, yang pada asasnya konsisten dengan keputusan simulasi. Keputusan simulasi unsur terhingga menunjukkan bahawa tekanan maksimum yang dibenarkan bagi transduser cengkerang sfera piezoelektrik ialah 28 MPa, dan tekanan lekuk kritikalnya ialah 3379 MPa, yang menunjukkan bahawa apabila tekanan luaran terus meningkat, cangkang sfera piezoelektrik berubah Kejadian pertama peranti tenaga ialah kegagalan kekuatan, yang juga menunjukkan kedalaman voltannya adalah tahan m.2.

 

4 Ujian pembangunan dan prestasi hidrofon tekanan sfera

4.1 Pembangunan hidrofon tahan tekanan sfera

Dalam kertas ini, bersandarkan udara terkutub jejari transduser cangkang sfera piezoelektrik digunakan sebagai penderia penerima akustik, dan hidrofon tahan tekanan sfera direka dan direka. Jejari luar cangkang sfera piezoelektrik yang digunakan dalam hidrofon tahan tekanan sfera ialah 15 mm, ketebalan cangkang sfera ialah 3 mm, dan bahan seramik piezoelektrik yang digunakan untuk cangkang sfera ialah P-51. Bahagian dalam cangkerang sfera piezoelektrik ialah rongga, dan lapisan paling luar disiram dengan lapisan getah telap bunyi untuk menebat, mengelak dan melindungi. Ketebalan getah telap bunyi ialah 3 mm. Objek fizikal hidrofon tahan tekanan sfera. Diameter keseluruhan hidrofon ialah 36 mm.

 

 

4.2 Ujian prestasi hidrofon tekanan sfera

 

4.2.1 Menerima ujian sensitiviti

Hidrofon tahan tekanan sfera siap diletakkan di dalam tiub gelombang berdiri, dan kepekaan penerima litar terbuka frekuensi rendahnya diuji dengan kaedah perbandingan. tahan bola

Hidrofon tekanan dan hidrofon standard digantung pada ketinggian yang sama dalam tiub gelombang berdiri pada masa yang sama, menukar frekuensi pancaran sumber bunyi tiub gelombang berdiri, dan merakam kedua-duanya pada masa yang sama

Melalui kaedah perbandingan, sensitiviti penerimaan daripada hidrofon tahan tekanan sfera diperolehi. Tiub gelombang berdiri yang digunakan hanya boleh menghasilkan gabungan 50 1000 Hz

Gelombang berdiri grid, jadi jalur frekuensi pengukuran kali ini ialah 50 1000 Hz. Keputusan yang diukur bagi lengkung sensitiviti hidrofon tahan tekanan sfera ditunjukkan dalam Rajah 8. oleh

Keputusan ujian menunjukkan bahawa sensitiviti hidrofon tahan tekanan sfera dalam jalur frekuensi 50 1000 Hz adalah kira-kira 198.4 dB, yang pada asasnya konsisten dengan nilai teori. dalam

Dalam julat 50 1000 Hz, turun naik sensitiviti tidak melebihi 0.5 dB. Tiub gelombang berdiri hanya boleh ditentukur di bawah 1 kHz. Untuk jalur frekuensi 1 kHz hingga 10 kHz, pengukuran dijalankan dalam tangki anechoic. Letakkan hidrofon tahan tekanan sfera siap dan hidrofon standard pada kedudukan tangki anechoic yang sama, gunakan sumber bunyi untuk memainkan isyarat frekuensi tunggal frekuensi berbeza, dan gunakan kaedah perbandingan untuk melengkapkan pengukuran sensitiviti penerimaan. Keputusan yang diukur bagi lengkung kepekaan hidrofon tahan tekanan sfera pada 1 kHz dan 10 kHz ditunjukkan dalam Rajah 9. Dari keputusan ujian dapat dilihat bahawa kepekaan hidrofon tahan tekanan sfera dalam jalur frekuensi 1 kHz dan 10 kHz adalah kira-kira 198 dB, yang pada asasnya konsisten dengan nilai. Dalam julat 1 kHz hingga 10 kHz, turun naik sensitiviti tidak melebihi 1.4 dB.

 

4.2.2 Ujian bunyi kendiri

 

Untuk memastikan bahawa hidrofon boleh menangkap isyarat bunyi yang lemah, hidrofon dikehendaki mempunyai bunyi kendiri setara yang lebih rendah. Hidrofon tekanan sfera

Ia diletakkan di dalam tangki vakum dengan perisai elektromagnet, redaman dan pengurangan getaran, dan ujian bunyi kendiri dijalankan pada kad pemerolehan isyarat BK-3050 dengan hingar yang sangat rendah.

Spektrum hingar kendiri setara hidrofon tahan tekanan sfera ditunjukkan dalam garis pepejal merah dalam Rajah 10. Garis putus-putus hitam dalam Rajah 10 ialah penyelidikan terawal tentang hingar lautan. Aras spektrum bunyi latar belakang lautan keadaan laut 0 yang diringkaskan oleh Kundson [9]. Menurut keluk Kundson, bunyi latar belakang lautan di bawah keadaan laut 0. Paras spektrum bunyi ialah kira-kira 44 dB@1 kHz. Perlu diingatkan bahawa data ini adalah hasil penyelidikan pada tahun 1948. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sebagai perkapalan global

Dengan pembangunan pesat, bunyi latar belakang lautan semakin meningkat dari tahun ke tahun. Garis putus-putus biru dalam Rajah 10 ialah paras spektrum hingar latar Laut China Selatan pada tahun 2013 pada paras 0 keadaan laut Garisan , dapat dilihat bahawa paras spektrum hingar-diri yang setara bagi hidrofon tahan tekanan sfera adalah lebih rendah daripada atau sama dengan paras 0 keadaan laut dalam julat 10 1500 aras laut yang lebih tinggi sedikit daripada latar belakang laut ialah 0Hz. hingar dalam julat 1500 5000 Hz. Spektrum hingar diri yang setara pada 1000 Hz. Tahapnya ialah 46.5 dB.

 

4.2.3 Menahan ujian prestasi voltan

Untuk mengesahkan keupayaan rintangan tekanan hidrofon tahan tekanan sfera , sampel hidrofon tahan tekanan sfera dimasukkan ke dalam autoklaf untuk ujian tekanan. Untuk memastikan keselamatan, sistem ujian diberi tekanan dengan air bertekanan tinggi. Menurut analisis sebelumnya, kapasiti rintangan tekanan selamatnya ialah 28 MPa, iaitu di bawah 1.5 kali faktor keselamatan

Keputusan yang diperolehi, iaitu keupayaan tekanan muktamad teorinya ialah 42 MPa. Untuk mengimbangi keselamatan dan kemudahan penggunaan, di sini dibundarkan kepada

30 MPa untuk ujian. Semasa ujian, pertama tekanan kepada 30 MPa, tahan tekanan selama 3 jam, lepaskan tekanan, dan periksa hidrofon; kemudian tekan sekali lagi kepada 30 MPa, dan ulangi ujian 3 kali. Tiada penurunan tekanan yang ketara berlaku semasa keseluruhan proses tekanan. Selepas setiap tekanan, periksa hidrofon untuk diuji. Penampilan tidak rosak. Timbangan adalah konsisten sebelum dan selepas ujian. Kemudian sensitiviti diuji semula dalam tiub gelombang berdiri. Keputusan ujian menunjukkan bahawa sensitiviti pada asasnya adalah sama dengan sensitiviti sebelum tekanan. Ini membuktikan bahawa ia boleh menahan tekanan air 3000 m.

 

5 Kesimpulan

Dalam makalah ini, gabungan formula teori dan simulasi unsur terhingga digunakan, dan struktur dan bahan cengkerang sfera piezoelektrik mempunyai keupayaan rintangan tekanan, dan transduser cengkerang sfera piezoelektrik bersandarkan udara terkutub jejari digunakan sebagai elemen sensitif penerima akustik. Dan membuat hidrofon tahan tekanan sfera. Diameter hidrofon tahan tekanan sfera ialah 36 mm, jalur frekuensi kerja ialah 50 Hz 10 kHz, kepekaan frekuensi rendah ialah 198.4 dB, tahap spektrum hingar diri yang setara ialah 46.5 dB@1 kHz, dan kedalaman kerja ialah 3000 m. Skim cengkerang sfera piezoelektrik bersandarkan udara yang digunakan dalam kertas ini telah memperoleh kapasiti rintangan tekanan tertentu di bawah keadaan kepekaan tinggi. Jika kedalaman rintangan tekanan ingin dipertingkatkan secara berterusan, sensitiviti mesti hilang pada kos. Penyelesaian ini boleh mencapai rintangan tekanan yang agak terhad. Jika hidrofon perlu mendapatkan rintangan tekanan yang lebih besar (seperti kedalaman laut penuh), adalah lebih baik untuk memilih penyelesaian yang berisi minyak atau limpahan.