Berita

Anda di sini: Rumah / Berita / Asas Seramik Piezoelektrik / rintangan penebat dan hayat purata hidrofon seramik piezoelektrik

rintangan penebat dan hayat purata hidrofon seramik piezoelektrik

Pandangan: 45 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbit: 2019-10-16 Asal: tapak

Tanya

Hidrofon seramik piezoelektrik mempunyai pelbagai aplikasi dalam sonar kerana kerataan, prestasi yang stabil dan struktur mudah. Mod kegagalan utama hidrofon seramik piezoelektrik ialah pengurangan rintangan penebat. Rintangan penebat purata hidrofon dikurangkan untuk melebihi kriteria kegagalan yang ditetapkan Rfc, yang dinilai sebagai kegagalan. Oleh itu, mengkaji variasi rintangan penebat hidrofon seramik piezoelektrik, pengaruh pengurangan rintangan penebat pada kepekaan dan penentuan hayat purata adalah sangat penting untuk memahami dan menguasai prestasi dan indeks kebolehpercayaan hidrofon dengan betul. Penyelenggaraan dan perlindungan juga mempunyai nilai rujukan tertentu.

1 Purata hayat hidrofon
Menurut teori kebolehpercayaan , bilangan produk transduser cakera piezoelektrik telah diuji di bawah keadaan yang sama, dan jumlah data hayat diukur. Kemudian, MTTF bagi purata masa pra-kesalahan ialah di mana r(t) ialah bilangan kumulatif kegagalan produk semasa waktu bekerja dari 0 hingga t. Apabila pengagihan hayat produk mematuhi pengagihan eksponen, MTTFnya ialah timbal balik kadar kegagalan λ (kebarangkalian kegagalan produk berfungsi pada masa tertentu dan masa unit selepas masa itu), iaitu, 1/λ. Hidrofon boleh menggunakan MTTF untuk mewakili purata kehidupan mereka. Dalam kejuruteraan, penebat purata semua hidrofon dalam kumpulan sering digunakan, dan rintangan Rm dikurangkan kepada tav masa bagi standard kerosakan Rfc sebagai hayat purata. Dalam nilai Rfc, beberapa hidrofon telah rosak. Walaupun hidrofon lain boleh berfungsi secara normal, sensitivitinya akan menurun secara mendadak dalam jalur frekuensi rendah, yang akan memberi kesan serius terhadap prestasi tatasusunan penerima. Oleh itu, ia perlu diganti secepat mungkin. .

2 rintangan penebat hidrofon

2.1 Mekanisme dan undang-undang penurunan rintangan penebat

Komponen teras hidrofon seramik piezoelektrik ialah komponen seramik piezoelektrik. Apabila komponen seramik piezoelektrik dikeringkan, rintangan penebat adalah tinggi, dan apabila molekul air menyusup, rintangan penebat lebih rendah. Lebih banyak molekul air menyusup, lebih banyak rintangan penebat jatuh. Hidrofon seramik piezoelektrik berfungsi di dalam air selama bertahun-tahun. Komponen seramik piezoelektrik dikapsulkan oleh bahan kedap air (seperti neoprena, poliuretana, dll.), tetapi molekul air sentiasa melalui permukaan bahan ini atau dua bahan. Permukaan ikatan menembusi ke dalam permukaan dan bahagian dalam komponen seramik piezoelektrik, supaya rintangan penebat hidrofon lebih rendah. Semakin lama hidrofon digunakan, semakin banyak molekul air terkumpul di permukaan dan bahagian dalam komponen seramik piezo, dan semakin besar rintangan penebat, semakin banyak kerosakan hidrofon. Dari analisis di atas dapat dilihat bahawa penurunan rintangan penebat hidrofon tidak dapat dielakkan dan tidak dapat dipulihkan. Kita tidak boleh membiarkan rintangan penebat hidrofon tidak jatuh, apa yang boleh kita lakukan ialah melambatkan kelajuan penurunan. Perlahan rintangan penebat bermakna peningkatan dalam hayat hidrofon. Pengukuran berikut boleh digunakan untuk memperlahankan rintangan rintangan penebat hidrofon (1) Penggunaan komponen seramik piezoelektrik dengan penyerapan lembapan yang rendah. Secara umumnya, bahan dengan ketumpatan yang lebih tinggi adalah kurang higroskopik daripada bahan dengan ketumpatan yang lebih rendah. Bahan seramik piezoelektrik PZT yang biasa digunakan mempunyai ketumpatan 7.8 g/cm3, dan bahan seramik piezoelektrik barium titanate yang jarang digunakan mempunyai ketumpatan 5.7 g/cm3, dan yang terakhir mempunyai 'hygroscopicity' yang lebih besar; 2) Gunakan bahan kedap air dengan kebolehtelapan air yang rendah; (3) Meningkatkan proses pembuatan hidrofon, dan sering menerima kesan yang jelas. Untuk hidrofon piezoceramic tunggal, kami tidak boleh meramalkan undang-undang penurunan rintangan penebatnya, dan ia juga tidak boleh meramalkan bila ia akan gagal. Tetapi untuk kumpulan hidrofon, dan bilangan hidrofon ini adalah besar, rintangan penebat mereka akan mengikut undang-undang tertentu, undang-undang statistik yang dipanggil. Melihat contoh dahulu, walaupun tidak praktikal, ia diabstrak daripada realiti dan mempunyai asas praktikal. hidrofon digunakan, dan Rfc standard = 0.5 MΩ untuk menentukan kerosakan hidrofon diandaikan. Pada hari-hari awal penggunaan, taburan tipikal rintangan penebat hidrofon telah diukur. Kebanyakan hidrofon mempunyai rintangan penebat Rm lebih besar daripada atau sama dengan 100 MΩ, manakala 50 sensor cakera seramik piezo tertakluk kepada undang-undang eksponen. Iaitu, pada suhu tertentu, formula berikut berlaku.

2.2 Rintangan penebat dan sensitiviti hidrofon

Daripada analisis litar setara, rintangan penebat hidrofon boleh dianggap selari dengan dua hujung hidrofon . Apabila bilangan molekul air yang meresap ke permukaan unsur seramik piezo dan air dalaman melalui bahan penutup kedap air dan lapisan ikatan bertambah, rintangan penebat Rm hidrofon akan terus berkurangan. Menurunkan Rm ke tahap tertentu akan mengurangkan sensitiviti hidrofon. Semakin rendah frekuensi operasi, semakin besar pengurangan dalam M. Gambar rajah litar setara hidrofon seramik piezoelektrik boleh diberikan dalam bentuk sumber arus malar, dan juga boleh diberikan dalam bentuk sumber voltan malar. Punca voltan malar ialah rajah litar setara menunjukkan simulasi dan hasil pengukuran sebenar pengurangan kepekaan hidrofon di bawah rintangan penebat yang berbeza. Kedua-dua pengiraan teori dan pengukuran sebenar membuktikan bahawa lebih kecil kapasitansi statik hidrofon, lebih besar kesan penurunan dalam Rm pada M. Memandangkan kapasitansi statik hidrofon sedang diuji adalah sangat besar, sehingga 100000 pF, pengurangan rintangan penebat Rm mempunyai kesan yang agak kecil pada kepekaannya . Apabila Rm ≥ 10 kΩ, kesan ke atas M adalah diabaikan; apabila Rm < 10 kΩ, ia akan memberi kesan yang besar kepada M, dan hidrofon dinilai sebagai kesalahan. Kami memanggil nilai rintangan penebat yang menentukan kerosakan hidrofon sebagai nilai kerosakan Rf. Dalam contoh di atas, Rf = 10 kΩ.

Jelas sekali, jika kapasitansi statik hidrofon ialah 10000 pF, kepekaan akan terjejas dengan ketara apabila rintangan penebat kurang daripada 100 kΩ. Pada masa ini, Rf=100 kΩ. Berdasarkan keputusan di atas dan nilai sensitiviti hidrofon yang dibenarkan oleh mesin sonar, kriteria kegagalan Rfc boleh ditentukan. Rfc hendaklah lebih daripada 10 kali lebih besar daripada Rf, supaya memastikan rintangan penebat purata semua hidrofon pada tatasusunan adalah hampir dengan Rfc, bilangan hidrofon yang rintangan penebatnya Rm kurang daripada Rf, iaitu bilangan hidrofon kerosakan adalah serak. Dalam julat yang dibenarkan oleh keseluruhan mesin. Di samping itu, hidrofon dipasang di bawah garis air kapal. Sebaik sahaja hidrofon didapati rosak, biasanya perlu menunggu sehingga kapal berlabuh untuk melaksanakan penggantian hidrofon, jadi berlaku kelewatan. Semasa masa tunda ini, rintangan penebat hidrofon akan terus menurun. Oleh itu, standard kerosakan Rfc mesti ditetapkan lebih tinggi untuk memastikan hidrofon boleh digunakan secara normal sebelum penggantian. Di samping itu, rintangan penebat hidrofon mempunyai hubungan yang baik dengan suhu ambien, dan ia mesti dipertimbangkan sepenuhnya apabila menentukan Rfc standard kerosakan hidrofon.

2.3 Hubungan antara rintangan penebat dan suhu persekitaran

Rintangan penebat daripada transduser cakera piezoceramic berkait rapat dengan suhu ambien: suhu ambien meningkat, rintangan penebat berkurangan, Kedua-dua teori dan sebilangan besar amalan telah membuktikan bahawa hubungan antara rintangan penebat Rm hidrofon seramik piezoelektrik. suhu ambien adalah serupa dengan hubungan antara masa penggunaan dan hukum eksponen. Dalam formula, Rmo ialah rintangan penebat yang diukur pada suhu rujukan t0; k3 ialah pekali suhu jenis I. Begitu juga, formula di atas juga boleh ditulis dalam bentuk yang lebih mudah dan intuitif, k4 = exp(−k3), iaitu pekali suhu jenis II, kemudian mo R ≈ R k , hidrofon seramik piezoelektrik barium titanate diubah suai .Hasil simulasi dan hasil pengukuran hubungan antara rintangan penebat dan suhu persekitaran. Keputusan pengukuran adalah hampir dengan keputusan simulasi, k4 = 0.94 ~ 0.95 / 1 °C. Keputusan simulasi dan hasil pengukuran hubungan antara rintangan penebat hidrofon seramik piezoelektrik PZT dan suhu persekitaran ditunjukkan. Keputusan ujian juga hampir dengan keputusan simulasi, k4=0.90~0.94/1°C. Hubungan antara rintangan penebat hidrofon seramik piezoelektrik dan masa penggunaan tidak dapat dipulihkan; jika tidak, hubungan antara rintangan penebat hidrofon seramik piezoelektrik dan suhu ambien boleh diterbalikkan, iaitu, apabila suhu ambien kembali kepada nilai asalnya, penebatnya .

Rintangan juga akan kembali kepada nilai asalnya. Rintangan penebat hidrofon sangat berbeza dengan suhu ambien. Untuk setiap peningkatan 11 °C dalam suhu ambien, rintangan penebat dikurangkan kira-kira separuh. Berbanding dengan hidrofon seramik piezoelektrik barium titanate yang diubah suai, rintangan penebat hidrofon seramik piezoelektrik PZT akan berubah lebih banyak dengan suhu ambien. Peraturan variasi yang disebutkan di atas adalah berbeza untuk jenis yang berbeza dan spesifikasi yang berbeza bagi bahan seramik piezoelektrik dengan struktur yang berbeza dan bahan salutan kedap air yang berbeza, yang perlu ditentukan oleh eksperimen. Apabila menentukan piawai kegagalan Rfc bagi hidrofon seramik piezoelektrik, hubungan antara rintangan penebat hidrofon dan suhu ambien perlu dipertimbangkan sepenuhnya. Untuk peralatan yang mempunyai keperluan kebolehpercayaan yang tinggi, Rfc hidrofon sokongan hendaklah ditentukan pada suhu ambien tertinggi (contohnya, 30 °C). Oleh itu, apabila suhu ambien menurun, rintangan penebat hidrofon hanya akan meningkat, dan tidak akan menjejaskan penggunaan biasa.

Mod utama hidrofon seramik piezoelektrik ialah pengurangan rintangan penebat. Mekanismenya ialah molekul air menembusi ke dalam permukaan dan bahagian dalam komponen seramik piezo melalui bahan salutan kedap air dan lapisan ikatan. Rintangan penebat berkurangan dengan peningkatan masa penggunaan dan memenuhi undang-undang eksponen. Rintangan penebat berkurangan apabila suhu ambien meningkat, dan juga memenuhi undang-undang eksponen. Apabila rintangan penebat dikurangkan ke tahap tertentu, ia akan memberi kesan yang ketara ke atas sensitiviti hidrofon, dan lebih teruk lagi dalam julat frekuensi rendah. Secara praktikal, adalah mudah untuk menentukan masa purata penurunan rintangan penebat purata sekumpulan hidrofon kepada standard kegagalan yang ditentukan. Dalam menentukan piawaian kerosakan, berdasarkan hubungan antara rintangan penebat hidrofon dan kepekaan, hubungan antara rintangan penebat hidrofon dan suhu ambien dipertimbangkan sepenuhnya, dan kelewatan antara kegagalan hidrofon dan pelaksanaan penggantian ditemui, dan kesalahan ditingkatkan dengan sewajarnya.