Nieuws

U bevindt zich hier: Thuis / Nieuws / Basisprincipes van piëzo-elektrische keramiek / isolatieweerstand en gemiddelde levensduur van piëzo-elektrische keramische hydrofoon

isolatieweerstand en gemiddelde levensduur van piëzo-elektrische keramische hydrofoon

Aantal keren bekeken: 45 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 16-10-2019 Herkomst: Locatie

Informeer

Piëzo-elektrische keramische hydrofoons hebben een breed scala aan toepassingen in sonar vanwege hun vlakheid, stabiele prestaties en eenvoudige structuur. De belangrijkste faalwijze van piëzo-elektrische keramische hydrofoons is de vermindering van de isolatieweerstand. De gemiddelde isolatieweerstand van de hydrofoon wordt verlaagd om de gespecificeerde faalcriteria Rfc te overschrijden, wat als een storing wordt beoordeeld. Daarom zijn het bestuderen van de variatie van de isolatieweerstand van piëzo-elektrische keramische hydrofoons, de invloed van de vermindering van de isolatieweerstand op de gevoeligheid en het bepalen van de gemiddelde levensduur van groot belang voor het correct begrijpen en beheersen van de prestatie- en betrouwbaarheidsindex van een hydrofoon. Ook het onderhoud en de bescherming hebben een bepaalde referentiewaarde.

1 De gemiddelde levensduur van een hydrofoon
Volgens de betrouwbaarheidstheorie is het aantal Piëzo-elektrische schijftransducerproducten werden onder dezelfde omstandigheden getest en de gegevens over de totale levensduur werden gemeten. Vervolgens is de MTTF van de gemiddelde tijd vóór de fout waarbij r(t) het cumulatieve aantal defecten van het product tijdens de werkuren van 0 tot t is. Wanneer de levensduurverdeling van het product de exponentiële verdeling volgt, is de MTTF het omgekeerde van het faalpercentage λ (de waarschijnlijkheid dat het product op een bepaald tijdstip niet werkt en de tijdseenheid daarna), dat wil zeggen 1/λ. Hydrofoons kunnen MTTF gebruiken om hun gemiddelde levensduur weer te geven. In de techniek wordt vaak de gemiddelde isolatie van alle hydrofoons in de batch gebruikt, en wordt de weerstand Rm teruggebracht tot de tijd tav van de foutstandaard Rfc als de gemiddelde levensduur. In de Rfc-waarde zijn enkele hydrofoons defect. Hoewel andere hydrofoons normaal kunnen werken, zal hun gevoeligheid scherp afnemen in de lage frequentieband, wat een ernstige impact zal hebben op de prestaties van de ontvangende array. Daarom moet het zo snel mogelijk worden vervangen. .

2 hydrofoon isolatieweerstand

2.1 Mechanisme en wet van de afname van isolatieweerstand

De kerncomponent van een piëzo-elektrische keramische hydrofoon is een piëzo-elektrische keramische component. Wanneer de piëzo-elektrische keramische component wordt gedroogd, is de isolatieweerstand hoog, en wanneer watermoleculen infiltreren, is de isolatieweerstand lager. Hoe meer watermoleculen er infiltreren, hoe meer de isolatieweerstand daalt. Piëzo-elektrische keramische hydrofoons werken jarenlang in het water. De piëzo-elektrische keramische componenten zijn ingekapseld door waterdichte materialen (zoals neopreen, polyurethaan, enz.), Maar watermoleculen passeren altijd het oppervlak van deze materialen of twee materialen. Het hechtoppervlak dringt door in het oppervlak en de binnenkant van het piëzo-elektrische keramische onderdeel, zodat de isolatieweerstand van de hydrofoon lager is. Hoe langer de hydrofoon wordt gebruikt, hoe meer watermoleculen zich ophopen op het oppervlak en de binnenkant van het piëzo-keramische onderdeel, en hoe groter de isolatieweerstand is, hoe meer de hydrofoon defect raakt. Uit de bovenstaande analyse blijkt dat de daling van de isolatieweerstand van de hydrofoon onvermijdelijk en onomkeerbaar is. We kunnen de isolatieweerstand van de hydrofoon niet laten dalen; het enige wat we kunnen doen is de snelheid van de val vertragen. Het vertragen van de isolatieweerstand betekent een verlenging van de levensduur van de hydrofoon. De volgende meting kan worden gebruikt om de weerstand van de hydrofoonisolatieweerstand te vertragen (1) Het gebruik van piëzo-elektrische keramische componenten met lage vochtopname. Over het algemeen zijn materialen met een hogere dichtheid minder hygroscopisch dan materialen met een lagere dichtheid. Het veelgebruikte piëzo-elektrische keramische materiaal PZT heeft een dichtheid van 7,8 g/cm3, en het zelden gebruikte piëzo-elektrische keramische materiaal van bariumtitanaat heeft een dichtheid van 5,7 g/cm3, en de laatste heeft een veel grotere 'hygroscopiciteit'; 2) Gebruik waterdichte materialen met een lage waterdoorlatendheid; (3) Verbetering van het productieproces van hydrofoons, en heeft vaak duidelijke effecten. Voor een enkele piëzokeramische hydrofoon kunnen we de wet van de daling van de isolatieweerstand niet voorspellen, noch kunnen we voorspellen wanneer deze zal falen. Maar voor een partij hydrofoons, en het aantal van deze hydrofoons is groot, zal hun isolatieweerstand een bepaalde wet volgen, de zogenaamde statistische wet. Als we eerst naar een voorbeeld kijken: hoewel het niet praktisch is, is het geabstraheerd van de werkelijkheid en heeft het een praktische basis. hydrofoons worden in gebruik genomen en er wordt uitgegaan van de standaard Rfc = 0,5 MΩ voor het vaststellen van de storing van de hydrofoon. In de begindagen van het gebruik werd een typische verdeling van de isolatieweerstand van de hydrofoon gemeten. De meeste hydrofoons hebben een isolatieweerstand Rm groter dan of gelijk aan 100 MΩ, terwijl 50 piëzo-keramische schijfsensor is onderworpen aan de exponentiële wet. Dat wil zeggen, bij een bepaalde temperatuur geldt de volgende formule.

2.2 Isolatieweerstand en hydrofoongevoeligheid

Uit de equivalente circuitanalyse kan de isolatieweerstand van de hydrofoon worden beschouwd als parallel aan de twee uiteinden van de hydrofoon. Naarmate het aantal watermoleculen dat door het oppervlak van het piëzo-keramische element en het interne water door het waterdichte afdekmateriaal en de hechtlaag dringt, toeneemt, zal de isolatieweerstand Rm van de hydrofoon voortdurend afnemen. Het verlagen van de Rm tot een bepaald niveau zal de gevoeligheid van de hydrofoon verminderen. Hoe lager de werkfrequentie, hoe groter de reductie in M. Het equivalente schakelschema van de piëzo-elektrische keramische hydrofoon kan worden gegeven in de vorm van een constante stroombron, maar kan ook worden gegeven in de vorm van een constante spanningsbron. Het constante spanningsbron-equivalent schakelschema toont de simulatie en daadwerkelijke meetresultaten van de gevoeligheidsreductie van een hydrofoon onder de verschillende isolatieweerstanden. Zowel theoretische berekeningen als feitelijke metingen bewijzen dat hoe kleiner de statische capaciteit van de hydrofoon, hoe groter de impact van de afname van Rm op M. Omdat de statische capaciteit van de hydrofoon wordt getest zeer groot is, tot 100.000 pF, heeft de reductie van isolatieweerstand Rm een relatief klein effect op de gevoeligheid ervan. Wanneer Rm ≥ 10 kΩ is het effect op M verwaarloosbaar; wanneer Rm < 10 kΩ, zal dit een groot effect hebben op M en wordt de hydrofoon als een fout beoordeeld. De waarde van de isolatieweerstand die de fout van de hydrofoon bepaalt, noemen we de foutwaarde Rf. In het bovenstaande voorbeeld is Rf = 10 kΩ.

Als de statische capaciteit van de hydrofoon 10.000 pF bedraagt, zal de gevoeligheid uiteraard aanzienlijk worden beïnvloed als de isolatieweerstand minder dan 100 kΩ bedraagt. Op dit moment is Rf=100 kΩ. Op basis van bovenstaande resultaten en de waarde van de gevoeligheid van de hydrofoon die de sonarmachine toelaat, kan het faalcriterium Rfc worden bepaald. Rfc moet meer dan 10 keer groter zijn dan Rf, om ervoor te zorgen dat de gemiddelde isolatieweerstand van alle hydrofoons op de array dicht bij Rfc ligt, het aantal hydrofoons waarvan de isolatieweerstand Rm kleiner is dan Rf, dat wil zeggen dat het aantal fouthydrofoons hees is. Binnen het bereik dat door de hele machine is toegestaan. Daarnaast wordt de hydrofoon onder de waterlijn van het schip geïnstalleerd. Zodra blijkt dat de hydrofoon defect is, moet doorgaans worden gewacht tot het schip is aangemeerd voordat de hydrofoon wordt vervangen, waardoor er vertraging ontstaat. Gedurende deze vertragingstijd zal de isolatieweerstand van de hydrofoon blijven dalen. Daarom moet de foutstandaard Rfc hoger worden ingesteld om ervoor te zorgen dat de hydrofoon normaal kan worden gebruikt vóór vervanging. Bovendien heeft de isolatieweerstand van de hydrofoon een grote relatie met de omgevingstemperatuur en moet er volledig rekening mee worden gehouden bij het bepalen van de foutstandaard Rfc van de hydrofoon.

2.3 Relatie tussen isolatieweerstand en omgevingstemperatuur

De isolatieweerstand van piëzokeramische schijftransducer hangt nauw samen met de omgevingstemperatuur: de omgevingstemperatuur stijgt, de isolatieweerstand neemt af. Zowel de theorie als een groot aantal praktijken hebben bewezen dat de relatie tussen de isolatieweerstand Rm van de piëzo-elektrische keramische hydrofoon. de omgevingstemperatuur is vergelijkbaar met de relatie tussen de gebruikstijd en de exponentiële wet. In de formule is Rmo de isolatieweerstand gemeten bij de referentietemperatuur t0; k3 is de temperatuurcoëfficiënt van het I-type. Op dezelfde manier kan de bovenstaande formule ook in een handiger en intuïtievere vorm worden geschreven, k4 = exp(−k3), wat een temperatuurcoëfficiënt van type II is, en dan mo R ≈ Rk, gemodificeerde bariumtitanaat piëzo-elektrische keramische hydrofoon. Simulatieresultaten en gemeten resultaten van de relatie tussen isolatieweerstand en omgevingstemperatuur. De meetresultaten liggen dicht bij de simulatieresultaten, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. De simulatieresultaten en meetresultaten van de relatie tussen de isolatieweerstand van de PZT piëzo-elektrische keramische hydrofoon en de omgevingstemperatuur worden getoond. De testresultaten liggen ook dicht bij de simulatieresultaten, k4=0,90~0,94/1°C. De relatie tussen de isolatieweerstand van de piëzo-elektrische keramische hydrofoon en de gebruikstijd is onomkeerbaar; anders is de relatie tussen de isolatieweerstand van de piëzo-elektrische keramische hydrofoon en de omgevingstemperatuur omkeerbaar, dat wil zeggen wanneer de omgevingstemperatuur terugkeert naar de oorspronkelijke waarde, de isolatie.

De weerstand keert ook terug naar zijn oorspronkelijke waarde. De isolatieweerstand van de hydrofoon varieert sterk afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Voor elke stijging van de omgevingstemperatuur met 11 °C wordt de isolatieweerstand met ongeveer de helft verminderd. Vergeleken met de gemodificeerde piëzo-elektrische keramische hydrofoon van bariumtitanaat, zal de isolatieweerstand van de PZT piëzo-elektrische keramische hydrofoon meer veranderen met de omgevingstemperatuur. De bovengenoemde variatieregels zijn verschillend voor verschillende typen en verschillende specificaties van piëzo-elektrische keramische materialen met verschillende structuren en verschillende waterdichte coatingmaterialen, die door experimenten moeten worden bepaald. Bij het bepalen van de faalnorm Rfc van een piëzo-elektrische keramische hydrofoon moet volledig rekening worden gehouden met de relatie tussen de isolatieweerstand van de hydrofoon en de omgevingstemperatuur. Voor apparatuur met hoge betrouwbaarheidseisen moet de Rfc van de ondersteunende hydrofoon worden bepaald bij de hoogste omgevingstemperatuur (bijvoorbeeld 30 °C). Wanneer de omgevingstemperatuur daalt, zal de isolatieweerstand van de hydrofoon dus alleen maar toenemen en heeft dit geen invloed op het normale gebruik.

De belangrijkste modus van piëzo-elektrische keramische hydrofoons is het verminderen van de isolatieweerstand. Het mechanisme is dat watermoleculen door het waterdichte coatingmateriaal en de hechtlaag in het oppervlak en de binnenkant van piëzo-keramische componenten dringen. De isolatieweerstand neemt af met de toenemende gebruikstijd en voldoet aan de exponentiële wet. De isolatieweerstand neemt af naarmate de omgevingstemperatuur stijgt en voldoet bovendien aan de exponentiële wet. Wanneer de isolatieweerstand tot een bepaald niveau wordt verlaagd, zal dit een aanzienlijke impact hebben op de gevoeligheid van de hydrofoon, en nog erger in het lage frequentiebereik. In de praktijk is het handig om de gemiddelde tijd te definiëren waarna de gemiddelde isolatieweerstand van een partij hydrofoons daalt tot de gespecificeerde faalnorm. Bij het bepalen van de foutnorm wordt, op basis van de relatie tussen de isolatieweerstand van de hydrofoon en de gevoeligheid, volledig rekening gehouden met de relatie tussen de isolatieweerstand van de hydrofoon en de omgevingstemperatuur, en wordt de vertraging tussen het falen van de hydrofoon en de implementatie van de vervanging gevonden, en wordt de fout op passende wijze vergroot.