Nyheter

Du er her: Hjem / Nyheter / Grunnleggende om piezoelektrisk keramikk / isolasjonsmotstand og gjennomsnittlig levetid for piezoelektrisk keramisk hydrofon

isolasjonsmotstand og gjennomsnittlig levetid for piezoelektrisk keramisk hydrofon

Visninger: 45 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstid: 2019-10-16 Opprinnelse: nettsted

Spørre

Piezoelektriske keramiske hydrofoner har et bredt spekter av bruksområder i ekkolodd på grunn av deres flathet, stabile ytelse og enkle struktur. Hovedfeilmodusen til piezoelektriske keramiske hydrofoner er reduksjonen i isolasjonsmotstanden. Den gjennomsnittlige isolasjonsmotstanden til hydrofonen reduseres til å overskride de spesifiserte feilkriteriene Rfc, som bedømmes som en feil. Derfor er det å studere variasjonen av isolasjonsmotstanden til piezoelektrisk keramisk hydrofon, innflytelsen av reduksjon av isolasjonsmotstanden på følsomheten og bestemmelsen av gjennomsnittlig levetid av stor betydning for riktig forståelse og mestring av ytelses- og pålitelighetsindeksen til hydrofonen. Vedlikehold og beskyttelse har også en viss referanseverdi.

1 Den gjennomsnittlige levetiden til en hydrofon
Ifølge pålitelighetsteorien er antall piezoelektriske platetransduserprodukter ble testet under de samme forholdene, og de totale levetidsdataene ble målt. Deretter er MTTF for den gjennomsnittlige pre-feil tiden der r(t) er det kumulative antallet feil på produktet i løpet av arbeidstiden fra 0 til t. Når produktets levetidsfordeling adlyder den eksponentielle fordelingen, er dets MTTF den gjensidige av feilraten λ (sannsynligheten for at produktet ikke skal fungere på et bestemt tidspunkt og enhetstiden etter det tidspunktet), det vil si 1/λ. Hydrofoner kan bruke MTTF for å representere deres gjennomsnittlige levetid. I ingeniørfag brukes ofte gjennomsnittsisolasjonen til alle hydrofonene i partiet, og motstanden Rm reduseres til tiden tav for feilstandarden Rfc som gjennomsnittlig levetid. I Rfc-verdien har noen hydrofoner vært defekte. Selv om andre hydrofoner kan fungere normalt, vil deres følsomhet synke kraftig i lavfrekvensbåndet, noe som vil ha en alvorlig innvirkning på ytelsen til mottaksgruppen. Derfor bør den skiftes ut så snart som mulig. .

2 hydrofon isolasjonsmotstand

2.1 Mekanisme og lov for reduksjon av isolasjonsmotstand

Kjernekomponenten i en piezoelektrisk keramisk hydrofon er en piezoelektrisk keramisk komponent. Når den piezoelektriske keramiske komponenten tørkes, er isolasjonsmotstanden høy, og når vannmolekyler infiltrerer, er isolasjonsmotstanden lavere. Jo flere vannmolekyler som infiltrerer, jo mer synker isolasjonsmotstanden. Piezoelektriske keramiske hydrofoner fungerer i vannet i mange år. De piezoelektriske keramiske komponentene er innkapslet av vanntette materialer (som neopren, polyuretan, etc.), men vannmolekyler passerer alltid gjennom overflaten av disse materialene eller to materialer. Bindeoverflaten trenger inn i overflaten og innsiden av den piezoelektriske keramiske komponenten, slik at isolasjonsmotstanden til hydrofonen blir lavere. Jo lenger hydrofonen brukes, jo flere vannmolekyler samler seg på overflaten og innsiden av den piezokeramiske komponenten, og jo større isolasjonsmotstanden er, desto mer feiler hydrofonen. Det kan sees fra analysen ovenfor at fallet i isolasjonsmotstanden til hydrofonen er uunngåelig og irreversibel. Vi kan ikke la hydrofonens isolasjonsmotstand ikke falle, alt vi kan gjøre er å forsinke hastigheten på fallet. Nedbremsingen av isolasjonsmotstanden betyr en økning i hydrofonens levetid. Følgende måling kan brukes til å redusere motstanden til hydrofonens isolasjonsmotstand (1) Bruk av piezoelektriske keramiske komponenter med lav fuktighetsabsorpsjon. Generelt sett er materialer med høyere tetthet mindre hygroskopiske enn materialer med lavere tetthet. Det ofte brukte PZT piezoelektriske keramiske materialet har en tetthet på 7,8 g/cm3, og det sjelden brukte piezoelektriske keramiske materialet av bariumtitanat har en tetthet på 5,7 g/cm3, og sistnevnte har en mye større 'hygroskopisitet'; 2) Bruk vanntette materialer med lav vanngjennomtrengelighet; (3) Forbedring av produksjonsprosessen av hydrofoner, og får ofte åpenbare effekter. For en enkelt piezokeramisk hydrofon kan vi ikke forutsi loven om dens isolasjonsmotstandsfall, og den kan heller ikke forutsi når den vil svikte. Men for et parti hydrofoner, og antallet av disse hydrofonene er stort, vil deres isolasjonsmotstand følge en viss lov, den såkalte statistiske loven. Ser vi på et eksempel først, selv om det ikke er praktisk, er det abstrahert fra virkeligheten og har et praktisk grunnlag. hydrofoner tas i bruk, og standarden Rfc = 0,5 MΩ for å bestemme feilfunksjonen til hydrofonen antas. I de første dagene av bruk ble en typisk fordeling av isolasjonsmotstanden til hydrofonen målt. De fleste hydrofonene har en isolasjonsmotstand Rm større enn eller lik 100 MΩ, mens 50 piezo keramisk platesensor er underlagt eksponentiell lov. Det vil si at ved en viss temperatur gjelder følgende formel.

2.2 Isolasjonsmotstand og hydrofonfølsomhet

Fra den tilsvarende kretsanalysen kan hydrofonens isolasjonsmotstand betraktes som parallell med de to endene av hydrofonen. Ettersom antall vannmolekyler som gjennomsyrer overflaten av det piezokeramiske elementet og det indre vannet gjennom det vanntette dekkmaterialet og bindelaget øker, vil isolasjonsmotstanden Rm til hydrofonen kontinuerlig avta. Å senke Rm til et visst nivå vil redusere hydrofonfølsomheten. Jo lavere driftsfrekvens, desto større reduksjon i M. Ekvivalent kretsdiagram for den piezoelektriske keramiske hydrofonen kan gis i form av en konstantstrømkilde, og kan også gis i form av en konstantspenningskilde. Konstantspenningskilden er ekvivalent kretsdiagram viser simuleringen og faktiske måleresultater av følsomhetsreduksjonen til en hydrofon under de forskjellige isolasjonsmotstandene. Både teoretiske beregninger og faktiske målinger beviser at jo mindre den statiske kapasitansen til hydrofonen er, desto større innvirkning har reduksjonen i Rm på M. Siden den statiske kapasitansen til hydrofonen testes er veldig stor, opp til 100 000 pF, har reduksjonen i isolasjonsmotstanden Rm en relativt liten effekt på dens følsomhet . Når Rm ≥ 10 kΩ, er effekten på M ubetydelig; når Rm < 10 kΩ vil det ha stor effekt på M, og hydrofonen bedømmes som en feil. Vi kaller isolasjonsmotstandsverdien som bestemmer feilen til hydrofonen som feilverdien Rf. I eksemplet ovenfor er Rf = 10 kΩ.

Selvfølgelig, hvis den statiske kapasitansen til hydrofonen er 10000 pF, vil følsomheten bli betydelig påvirket når isolasjonsmotstanden er mindre enn 100 kΩ. På dette tidspunktet er Rf=100 kΩ. Basert på resultatene ovenfor og verdien av følsomheten til hydrofonen som sonarmaskinen tillater, kan feilkriteriet Rfc bestemmes. Rfc bør være mer enn 10 ganger større enn Rf, for å sikre at den gjennomsnittlige isolasjonsmotstanden til alle hydrofoner på arrayet er nær Rfc, antallet hydrofoner hvis isolasjonsmotstand Rm er mindre enn Rf, det vil si at antallet feilhydrofoner er hese. Innenfor området tillatt av hele maskinen. I tillegg er hydrofonen installert under vannlinjen til skipet. Når hydrofonen er funnet å være defekt, er det vanligvis nødvendig å vente til skipet ligger til kai for å implementere hydrofonerstatningen, så det er en forsinkelse. I løpet av denne forsinkelsestiden vil isolasjonsmotstanden til hydrofonen fortsette å synke. Derfor må feilstandarden Rfc settes høyere for å sikre at hydrofonen kan brukes normalt før utskifting. I tillegg har isolasjonsmotstanden til hydrofonen et godt forhold til omgivelsestemperaturen, og det må tas i betraktning fullt ut når man bestemmer feilstandarden Rfc for hydrofonen.

2.3 Sammenheng mellom isolasjonsmotstand og omgivelsestemperatur

Isolasjonsmotstanden til piezokeramisk plate transduser er nært knyttet til omgivelsestemperaturen: omgivelsestemperaturen stiger, isolasjonsmotstanden synker. Både teori og et stort antall praksis har bevist at forholdet mellom isolasjonsmotstanden Rm til den piezoelektriske keramiske hydrofonen. omgivelsestemperaturen er lik forholdet mellom brukstiden og eksponentialloven. I formelen er Rmo isolasjonsmotstanden målt ved referansetemperaturen t0; k3 er I-type temperaturkoeffisienten. Tilsvarende kan formelen ovenfor også skrives i en mer praktisk og intuitiv form, k4 = exp(−k3), som er en type II temperaturkoeffisient, deretter mo R ≈ R k , modifisert bariumtitanat piezoelektrisk keramisk hydrofon .Simuleringsresultater og målte resultater av forholdet mellom isolasjonsmotstand og omgivelsestemperatur. Måleresultatene er nær simuleringsresultatene, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. Simuleringsresultatene og måleresultatene for forholdet mellom isolasjonsmotstanden til PZT piezoelektrisk keramisk hydrofon og omgivelsestemperaturen er vist. Testresultatene er også nær simuleringsresultatene, k4=0,90~0,94/1°C. Forholdet mellom isolasjonsmotstanden til den piezoelektriske keramiske hydrofonen og brukstiden er irreversibel; ellers er forholdet mellom isolasjonsmotstanden til den piezoelektriske keramiske hydrofonen og omgivelsestemperaturen reversibel, det vil si når omgivelsestemperaturen går tilbake til sin opprinnelige verdi, dens isolasjon .

Motstanden vil også gå tilbake til sin opprinnelige verdi. Isolasjonsmotstanden til hydrofonen varierer sterkt med omgivelsestemperaturen. For hver 11 °C økning i omgivelsestemperaturen reduseres isolasjonsmotstanden med omtrent det halve. Sammenlignet med den modifiserte bariumtitanat piezoelektriske keramiske hydrofonen, vil isolasjonsmotstanden til PZT piezoelektriske keramiske hydrofoner endre seg mer med omgivelsestemperaturen. De ovennevnte variasjonsreglene er forskjellige for forskjellige typer og forskjellige spesifikasjoner av piezoelektriske keramiske materialer med forskjellige strukturer og forskjellige vanntette beleggmaterialer, som må bestemmes ved eksperimenter. Når man skal bestemme feilstandarden Rfc for en piezoelektrisk keramisk hydrofon, bør forholdet mellom isolasjonsmotstanden til hydrofonen og omgivelsestemperaturen vurderes fullt ut. For utstyr med høye krav til pålitelighet, bør Rfc til den støttende hydrofonen bestemmes ved høyeste omgivelsestemperatur (for eksempel 30 °C). Når omgivelsestemperaturen faller, vil isolasjonsmotstanden til hydrofonen bare øke, og vil ikke påvirke normal bruk.

Hovedmodusen til piezoelektriske keramiske hydrofoner er reduksjon av isolasjonsmotstand. Mekanismen er at vannmolekyler trenger inn i overflaten og innsiden av piezokeramiske komponenter gjennom det vanntette beleggmaterialet og bindelaget. Isolasjonsmotstanden avtar med økende brukstid og tilfredsstiller eksponentiell lov. Isolasjonsmotstanden avtar når omgivelsestemperaturen øker, og oppfyller også eksponentiell lov. Når isolasjonsmotstanden reduseres til et visst nivå, vil det ha en betydelig innvirkning på hydrofonens følsomhet, og enda verre i lavfrekvensområdet. I praksis er det praktisk å definere den gjennomsnittlige tiden for å falle den gjennomsnittlige isolasjonsmotstanden til en gruppe hydrofoner til den spesifiserte feilstandarden. Ved bestemmelse av feilstandarden, basert på forholdet mellom isolasjonsmotstanden til hydrofonen og følsomheten, vurderes forholdet mellom hydrofonens isolasjonsmotstand og omgivelsestemperaturen fullt ut, og forsinkelsen mellom svikt i hydrofonen og implementeringen av erstatningen er funnet, og feilen økes på passende måte.