Hidrofon rezistent la presiune bazat pe carcasă sferică ceramică piezoelectrică

Pe baza rezistenței la presiune a Carcasa sferică ceramică piezoelectrică în sine, un hidrofon rezistent la presiune a fost proiectat și fabricat utilizând suportul de aer cu suport radial, carcasa sferică ceramică piezoelectrică. traductor ca element sensibil acustic. În primul rând, au fost analizate caracteristicile acustice, cum ar fi circuitul deschis de joasă frecvență, sensibilitatea de recepție și frecvența vibrațiilor, și au fost simulate prin metoda elementelor finite. Apoi au fost analizate performanțele rezistente la presiune precum rezistența și stabilitatea, simulate tot cu software-ul FE. În final, au fost testate performanța acustică și rezistența la presiune. Rezultatele testelor arată că diametrul hidrofonului rezistent la presiune este de 36 mm, iar intervalul de frecvență de lucru este de la 50 Hz la 10 kHz. Sensibilitatea la presiune de joasă frecvență este de 198:4 dB (0 dB ref 1 V/Pa), nivelul spectrului de zgomot este de 46,5 dB la 1 kHz și adâncimea de lucru este de 3000 m. Acest hidrofon rezistent la presiune oferă o referință pentru proiectarea hidrofoanelor pentru apă adâncă și are o valoare importantă de aplicare în domeniul acusticii apelor adânci.

 

introducere

 

De la intrarea în secolul 21, cercetarea și dezvoltarea în mare adâncime au primit din ce în ce mai multă atenție și au devenit o zonă fierbinte pentru competiția între țări. Hidrofoanele rezistente la presiune sunt echipamente indispensabile pentru dezvoltarea la adâncime. În plus, odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei militare în diferite țări, diverse echipamente submarine, cum ar fi submarine, torpile, vehicule aeriene subacvatice fără pilot (UUV), planoare subacvatice (UUG), roboți subacvatici (ROV), ținte submersibile etc. Odată cu creșterea adâncimii, aceste echipamente de apă adâncă trebuie de obicei echipate cu hidrofoane rezistente la presiune, care pot să-și îndeplinească adâncimile de lucru. Pentru a rezista la efectele presiunii hidrostatice ridicate, hidrofoanele rezistente la presiune adoptă de obicei structuri speciale rezistente la presiune sau modele de echilibrare a presiunii interne și externe, cum ar fi structuri de reducere a presiunii sau de compensare a presiunii, structuri umplute cu ulei, structuri de preaplin etc. Structurile umplute cu ulei și de preaplin pot rezista teoretic la presiunea statică a întregii adâncimi a mării și sunt cele mai rezistente la presiune utilizate pentru hidrofoane. Hidrofoanele rezistente la presiune ale acestor două structuri folosesc, în general, tub ceramic piezoelectric ca traductor de recepție. Acest hidrofon cu tub ceramic piezoelectric are avantajele structurii și tehnologiei simple, dar are și avantajele sensibilității la tensiunea circuitului deschis de joasă frecvență. Dezavantaje. Tubul piezoelectric polarizat radial este tăiat pentru a îmbunătăți sensibilitatea de recepție, dar, de asemenea, îngustează foarte mult banda de frecvență de lucru, care este de numai 10/200 Hz. Dacă banda de frecvență de recepție a hidrofonului cu tub rotund ceramic piezoelectric este aproape de frecvența sa de rezonanță, deși sensibilitatea poate fi îmbunătățită, banda de frecvență de lucru va fi sever limitată și planeitatea curbei de sensibilitate se va pierde. Pe lângă traductoarele piezoelectrice cu tub rotund, traductoarele piezoelectrice cu carcasă sferică sunt de asemenea utilizate în mod obișnuit traductoare receptoare pentru hidrofoanele de presiune acustică. Traductorul piezoelectric cu carcasă sferică are multe avantaje, cum ar fi structură și proces simple, sensibilitate ridicată, omnidirecționalitate bună și lățime de bandă a frecvenței de lucru. Mai important, caracteristicile materialului și structurii determină că învelișul sferic ceramic piezoelectric are o rezistență ridicată. În plus față de structura umplută cu ulei sau de preaplin, aceasta oferă o altă posibilitate pentru proiectarea hidrofoanelor rezistente la presiune, adică utilizarea unei carcase sferice piezoelectrice cu suport de aer ca traductor de recepție al hidrofonului rezistent la presiune.

 

1 Caracteristici de recepție acustică ale traductor piezoelectric cu carcasă sferică

 

 Sensibilitate de recepție de frecvență joasă

 

Restricționate de formă și tehnologia de procesare, carcasele sferice ceramice piezoelectrice au de obicei un singur mod de polarizare: polarizarea radială, iar electrozii pozitivi și negativi se află pe suprafețele interioare și exterioare ale carcasei sferice. Pentru un traductor cu carcasă sferică piezoelectrică cu o rază interioară a și o rază exterioară de b, atunci când este supus unei presiuni sonore p0 a cărei frecvență este mult mai mică decât frecvența sa intrinsecă, se va genera o diferență de potențial V între electrozii interior și exterior ai carcasei sferice piezoelectrice. Sensibilitatea de recepție a unui hidrofon este în general exprimată prin sensibilitatea de recepție în câmp liber Me. Me este definit ca raportul dintre tensiunea în circuit deschis la ieșirea hidrofonului și presiunea sonoră în câmp liber la poziția hidrofonului în câmpul sonor. Forma sa în decibeli este sensibilitatea de recepție în câmp liber. . Prin urmare, circuitul deschis de joasă frecvență recepționează sensibilitatea la tensiune a carcasei sferice piezoelectrice susținute de aer. Sub premisa că materialul piezoelectric este materialul utilizat în acest articol, când t este constant, cu cât b este mai mare, adică cu cât diametrul exterior al carcasei sferice piezoelectrice este mai mare, cu atât sensibilitatea este mai mare; Când b este cert și t 0,36, sensibilitatea este cea mai mică și acest punct ar trebui evitat în proiectare; când b este sigur și t <0:36, cu cât t mai mic, adică cu cât învelișul sferic piezoelectric este mai subțire, cu atât sensibilitatea este mai mare.

 

1.2 Frecvența de rezonanță

 

Pentru un piezoelectric subțire traductor acustic subacvatic sferic , frecvența sa de rezonanță în aer. Se poate observa că frecvența de rezonanță a învelișului sferic piezoelectric subțire este doar raza sa medie r și densitatea materialului s, modulul Young Y E11 Este legată de raportul lui Poisson, ceea ce echivalează cu simplificarea acestuia la o învelișă sferică de material elastic izotrop. Se poate observa că atunci când se determină materialul piezoelectric, cu cât raza medie r a învelișului sferic este mai mare, cu atât este mai mare punctul de rezonanță și cu atât lățimea de bandă de lucru este mai mare. Când se află în apă, datorită impedanței crescute de radiație a traductorului piezoelectric înveliș sferic, frecvența sa de rezonanță va fi puțin mai mică decât frecvența de rezonanță în aer. Când hidrofonul sferic piezoelectric este utilizat pentru recepția cu frecvență joasă, pentru a asigura planeitatea sensibilității sale, frecvența sa de lucru este departe de frecvența de rezonanță. În inginerie, în general, este necesar ca frecvența sa de rezonanță să fie de cel puțin 5 ori frecvența limită superioară a funcționării sale.

 

 

 

2 Analiza performanței rezistenței la presiune a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică

 

Modurile de defectare ale structurilor rezistente la presiune includ, în principal, defectarea rezistenței, defecțiunea de rigiditate, defecțiunea de stabilitate și defecțiunea la coroziune. Pentru hidrofoanele de adâncime mare, sarcina pe care o suportă este în principal presiunea externă a apei, iar modurile de defectare sunt în principal defectarea rezistenței și defectarea stabilității. Cele două situații de defecțiune ale traductorului înveliș sferic piezoelectric sunt discutate mai jos.

 

2.1 Analiza eșecului de rezistență

Defectarea rezistenței se referă la fenomenul în care deformarea sau fractura ireversibilă are loc după ce solicitarea maximă din container depășește limita de curgere, determinând containerul să își piardă capacitatea portantă. Corespunzător eșecului de rezistență este presiunea maximă admisă a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică. Conform teoriei fără moment a carcasei rotative, sub acțiunea presiunii externe p, mantaua sferică va produce efort de tracțiune axial z și efort de tracțiune a cercului, iar cele două sunt egale ca valoare. Printre acestea, D0 este în afara carcasei sferice Diametrul, unitatea este mm; este grosimea carcasei sferice, unitatea este mm. Conform teoriei tensiunii principale maxime, proiectarea structurii rezistente la presiune trebuie să fie satisfăcută. Printre acestea se numără stresul admis. Conform standardului național GB 150.3 din țara mea, pentru limita de curgere la temperatură normală standard de material Rel, factorul de siguranță este ns = 1:5. Limita normală de curgere la temperatură a materialului ceramic piezoelectric P-51 utilizat în carcasa sferică piezoelectrică este Rel = 137:9 MPa, deci tensiunea admisibilă a materialului [] = Rel/ns = 91:9 MPa. Înlocuind parametrul t, se poate obține presiunea maximă admisă a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică, deoarece este ușor de știut că cu cât este mai mare raportul t dintre grosimea carcasei sferice și diametrul exterior, cu atât este mai puternică rezistența carcasei sferice piezoelectrice și capacitatea de rezistență la presiune.

 

2.2 Analiza eșecului stabilității

Eșecul stabilității se referă la fenomenul în care containerul trece dintr-o stare de echilibru stabilă într-o altă stare instabilă sub acțiunea sarcinii externe, iar forma sa se schimbă brusc și își pierde capacitatea normală de funcționare. Corespunzător eșecului de stabilitate este presiunea admisibilă de instabilitate critică a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică. Conform teoriei deformării mici, presiunea de instabilitate critică pcr a carcasei sferice sub forță externă are o eroare mare pentru această formulă, astfel încât un factor de siguranță mare este adesea folosit pentru a compensa. Conform GB 150.3, factorul de siguranță al stabilității este luat ca m = 14:25, deci presiunea critică admisibilă pentru instabilitatea circumferențială [p] = pcr/m. Înlocuind parametrul t în același mod, presiunea critică admisă pentru instabilitatea circumferențială a traductorului piezoelectric înveliș sferic este ușor de cunoscut. Când se determină materialul piezoelectric, cu cât raportul t dintre grosimea carcasei sferice și diametrul exterior este mai mare, cu atât presiunea este mai mare Stabilitatea și rezistența la presiune a carcasei cu bile electrică este mai puternică.

 

3 Simulare cu elemente finite

Din analiza de mai sus, pentru sensibilitatea și frecvența de lucru a carcasei sferice piezoelectrice, cu cât diametrul exterior este mai mare, cu atât mai subțire, cu atât mai bine; iar pentru rezistența la presiune, cu cât diametrul exterior este mai mic, cu atât grosimea este mai groasă. este bine. Adică, performanța acustică și performanța rezistenței la presiune sunt reciproc opuse. Având în vedere cerințele de performanță acustică și rezistență la presiune, precum și dificultatea și costul procesării carcasei sferice (de obicei, cu cât diametrul exterior este mai mare, cu atât grosimea este mai mare, cu atât este mai mare dificultatea de prelucrare și costul mai mare), raza exterioară a carcasei sferice de proiectare b = 15 mm, grosime = 3 mm. Materialul piezoelectric utilizat în învelișul sferic este P-51, coeficientul său piezoelectric g33 = 25: 6 10 3 V m/N, g31 = 9: 6 10 3 V m/N, densitatea s = 7600 kg/m3, modulul Young Y E11 = 10:010 = 6:0 10 3 V m/N.

 

3.1 Simularea caracteristicilor acustice ale carcasei sferice piezoelectrice

Pentru a verifica corectitudinea analizei caracteristicilor de recepție acustică ale traductorului piezoelectric înveliș sferic, se folosește metoda analizei cu elemente finite pentru modelarea și simularea acestuia, iar software-ul de simulare COMSOL5.4 este utilizat.

 

3.1.1 Simularea sensibilității de recepție

Mai întâi creați un model de structură sferică tridimensională. Pentru a simplifica geometria modelării și pentru a accelera soluția, modelul creează doar învelișuri sferice piezoelectrice de 1/8 și utilizează 3 constrângeri de simetrie plană pentru a obține o înveliș sferic complet. Creați un sistem de coordonate de polarizare radială a materialului piezoelectric în coordonate sferice și utilizați parametrii de material ai materialului piezoelectric P-51. Setați sarcina limită la o presiune de 0,1 MPa pe suprafața exterioară și nicio presiune pe suprafața interioară. Prin efectuarea analizei domeniului de frecvență, aceasta este rezolvată ca o problemă în stare staționară. Figura 2 prezintă rezultatele simulării distribuției potențiale a învelișului sferic piezoelectric atunci când este supus la o presiune cu o frecvență de 500 Hz și o presiune de 0,1 MPa.

Înlocuind dimensiunea și parametrii materialului învelișului sferic piezoelectric în formulă, se poate obține circuitul deschis teoretic atunci când este supus la o presiune acustică de joasă frecvență de 0,1 MPa.

Tensiunea de ieșire este de 11,646 V. Din figura 2 se poate observa că atunci când carcasa sferică piezoelectrică este supusă unei presiuni acustice de 0,1 MPa@500 Hz, rezultatul simulării tensiunii sale de ieșire este de 11,632 V, ceea ce este în concordanță cu valoarea teoretică. În acest moment, sensibilitatea sa este de 198,7 dB@500 Hz (0 dB = 1 V/ Pa).

 

3.1.2 Simularea frecvenței de rezonanță

Următoarele utilizează, de asemenea, metoda de simulare cu elemente finite pentru a simula frecvența de rezonanță a carcasei sferice ceramice piezoelectrice, iar banda de frecvență de simulare este de 1 Hz/200 kHz. În primul rând, materialul învelișului sferic piezoelectric este simplificat într-un material elastic izotrop și se efectuează analiza frecvenței pe acesta, iar curba răspunsului în frecvență a deformării sale este prezentată în Figura 3. Conform formulei (3), frecvența de rezonanță fa a învelișului sferic piezoelectric în aer este de 58,557 kHz. Din Fig. 3, se poate observa că valoarea simulată a frecvenței de rezonanță este de 58,9 kHz, ceea ce este practic în concordanță cu valoarea teoretică. Trebuie remarcat faptul că formula (3) este doar un calcul simplificat pentru învelișul sferic subțire izotrop, iar materialul învelișului sferic piezoelectric nu este izotrop, iar grosimea este relativ groasă, aplicarea directă a formulei (3) va avea anumite erori. Dacă parametrii completi ai ceramicii piezoelectrice sunt înlocuiți, curba răspunsului în frecvență a sensibilității la tensiune în circuit deschis este prezentată în Figura 4. Se poate observa din Figura 4 că în banda de frecvență de 1 Hz 10 kHz, curba de sensibilitate a învelișului sferic piezoelectric este foarte plată, cu o sensibilitate de 198,7 dB, care este în concordanță cu analiza teoretică. Frecvența de rezonanță devine 72,1 kHz, ceea ce este puțin mai mare decât rezultatul calculului din formula (3), dar nu afectează validitatea formulei în aplicațiile de inginerie. Deoarece nu poate fi obținut coeficientul de amortizare relevant al materialului piezoelectric, factorul de pierdere a matricei de flexibilitate și factorul de pierdere a matricei piezoelectrice din model sunt setate la 0, ceea ce duce la simularea că sensibilitatea învelișului sferic piezoelectric la frecvența de rezonanță este de 155 dB, de fapt, sensibilitatea ar trebui să fie mai mică decât această valoare.

3.2 Simularea performanței rezistenței la presiune a înveliș sferic piezoelectric

Formula teoretică de calcul a rezistenței la presiune din secțiunea 2 este o formulă simplificată rezumată pentru comoditatea aplicației de inginerie și carcasa sferică piezoelectrică reală. Găurile vor fi deschise din cauza necesităților de instalare, ceea ce poate face ca capacitatea reală de presiune să fie inconsecventă cu rezultatele calculului teoretic. Pentru a obține cât mai precis posibil capacitatea de presiune a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică, simularea statică a structurii și, respectiv, simularea flambajului cu valori proprii au fost efectuate prin intermediul software-ului de analiză cu elemente finite Workbench.

 

3.2.1 Simulare statică structurală

Simularea statică structurală poate obține distribuția tensiunilor în întreaga structură atunci când structura este sub sarcină. Prin urmare, tensiunea maximă admisă a materialului cunoscut este

Presiunea maximă admisă pe care o poate suporta poate fi simulată. Se stabilește un model tridimensional al carcasei sferice, iar găurile de montare sunt stabilite pe modelul carcasei sferice. Adoptă învelișul sferic

Metoda hexaedrului este utilizată pentru a împărți grila, iar suporturile cu role sunt așezate pe suprafața cilindrică și în planul inferior al găurii de montare, iar suprafața exterioară a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică se aplică presiune.

Schimbați în mod constant dimensiunea presiunii și efectuați o analiză statică structurală asupra acesteia. Simularea a constatat că atunci când presiunea aplicată pe suprafața exterioară atinge 28 MPa, piezoelectricul

Tensiunea maximă a învelișului sferic este de 151 MPa, iar distribuția tensiunii este prezentată în Figura 5 (Pentru a facilita observarea tensiunii interne, învelișul sferic piezoelectric este tăiat de-a lungul liniei centrale pentru a arăta

Spectacol). Trebuie remarcat faptul că solicitarea maximă apare numai la linia de delimitare a fileului de pe orificiul de montare, iar tensiunea maximă în celelalte locuri rămase este mai mică decât aceasta.

Tensiunea admisibilă sigură a materialului piezoelectric este de 91,9 MPa, astfel încât presiunea maximă admisă a carcasei sferice piezoelectrice poate ajunge la 28 MPa conform simulării. Și rădăcina

Conform formulei (6), presiunea maximă admisă a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică poate fi obținută ca 36,8 MPa. Se poate observa că rezistența la compresiune a carcasei sferice după perforare este mai mică decât cea a întregului

Rezistența teoretică a întregului înveliș sferic. În simulare, fenomenul de concentrare a tensiunilor care apare în câteva locuri la orificiul de montare depășește solicitarea admisibilă de siguranță și dacă afectează rezistența la presiune a carcasei sferice piezoelectrice rămâne de verificat prin testul de presiune.

 

3.2.2 Simularea flambajului cu valori proprii

Simularea flambajului cu valori proprii poate obține modurile de flambaj ale structurilor subțiri și presiunile critice de flambaj corespunzătoare. O presiune de 1 MPa a fost aplicată pe suprafața exterioară a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică și a fost efectuată analiza sa de flambaj cu valori proprii. Rezultatele simulării arată că modul de flambaj de ordinul întâi este prezentat în Figura 6, iar numărul de undă de ordinul întâi n = 4, care este în concordanță cu caracteristicile de instabilitate ale carcasei sferice. Factorul de sarcină de flambaj de ordinul întâi este 3379, deci sarcina sa critică de ordinul întâi este de 3379 MPa. Deoarece primul ordin este cea mai mică valoare a sarcinii de flambaj, aceasta înseamnă că structura carcasei sferice piezoelectrice nu va fi stabilă până când presiunea teoretică nu ajunge la 3379 MPa. Conform formulei (7), presiunea critică a instabilității circumferențiale a traductorului piezoelectric cu carcasă sferică poate fi obținută ca 2970 MPa, ceea ce este practic în concordanță cu rezultatele simulării. Rezultatele simulării cu elemente finite arată că presiunea maximă admisă a traductorului piezoelectric înveliș sferic este de 28 MPa, iar presiunea sa critică de flambaj este de 3379 MPa, ceea ce indică faptul că atunci când presiunea externă continuă să crească, învelișul sferic piezoelectric se modifică.

 

4 Dezvoltarea și testarea performanței hidrofonului cu presiune sferică

4.1 Dezvoltarea hidrofonului sferic rezistent la presiune

În această lucrare, un aer polarizat radial susținut Transductorul piezoelectric cu carcasă sferică este utilizat ca senzor de recepție acustică și este proiectat și fabricat un hidrofon sferic rezistent la presiune. Raza exterioară a carcasei sferice piezoelectrice utilizate în hidrofonul sferic rezistent la presiune este de 15 mm, grosimea carcasei sferice este de 3 mm, iar materialul ceramic piezoelectric utilizat pentru carcasa sferică este P-51. Interiorul carcasei sferice piezoelectrice este o cavitate, iar stratul exterior este acoperit cu un strat de cauciuc permeabil la sunet pentru a izola, a sigila și a proteja. Grosimea cauciucului permeabil la sunet este de 3 mm. Obiectul fizic al unui hidrofon sferic rezistent la presiune. Diametrul întregului hidrofon este de 36 mm.

 

 

4.2 Test de performanță al hidrofonului cu presiune sferică

 

4.2.1 Recepție test de sensibilitate

Hidrofonul sferic rezistent la presiune este plasat într-un tub cu undă staționară, iar sensibilitatea sa de recepție în circuit deschis de joasă frecvență este testată prin metoda comparației. Rezistent la minge

Hidrofonul de presiune și hidrofonul standard sunt atârnate la aceeași înălțime în tubul cu undă staționară în același timp, schimbând frecvența de emisie a sursei de sunet al tubului cu undă staționară și înregistrând ambele în același timp

Prin metoda comparației, sensibilitatea de recepție a hidrofon sferic rezistent la presiune . se obţine Tubul cu undă staționară utilizat poate produce doar o combinație de 50 1000 Hz

Undă staționară a rețelei, deci banda de frecvență de măsurare de data aceasta este de 50 1000 Hz. Rezultatele măsurate ale curbei de sensibilitate a hidrofonului sferic rezistent la presiune sunt prezentate în Figura 8. prin

Rezultatul testului arată că sensibilitatea hidrofonului sferic rezistent la presiune în banda de frecvență de 50 1000 Hz este de aproximativ 198,4 dB, ceea ce este practic în concordanță cu valoarea teoretică. în

În intervalul 50 1000 Hz, fluctuația sensibilității nu depășește 0,5 dB. Tubul de unde staționare poate fi calibrat numai sub 1 kHz. Pentru banda de frecvență de la 1 kHz la 10 kHz, măsurarea se efectuează într-un rezervor anechoic. Puneți hidrofonul sferic rezistent la presiune și hidrofonul standard în aceeași poziție a rezervorului anechoic, utilizați sursa de sunet pentru a reda semnale cu o singură frecvență de diferite frecvențe și utilizați metoda de comparație pentru a finaliza măsurarea sensibilității de recepție. Rezultatele măsurate ale curbei de sensibilitate a hidrofonului sferic rezistent la presiune la 1 kHz și 10 kHz sunt prezentate în Fig. 9. Din rezultatele testelor se poate observa că sensibilitatea hidrofonului sferic rezistent la presiune în banda de frecvență de 1 kHz și 10 kHz este de aproximativ 198 dB, care este practic în concordanță cu valoarea teoretică. În intervalul de la 1 kHz la 10 kHz, fluctuația sensibilității nu depășește 1,4 dB.

 

4.2.2 Test de autozgomot

 

Pentru a se asigura că hidrofonul poate capta semnale sonore slabe, hidrofonul trebuie să aibă un autozgomot echivalent mai mic. Hidrofon cu presiune sferică

Este plasat într-un rezervor de vid cu ecranare electromagnetică, amortizare și reducerea vibrațiilor, iar testul de autozgomot se efectuează pe cardul de achiziție a semnalului BK-3050 cu zgomot extrem de scăzut.

Spectrul de autozgomot echivalent al hidrofonului sferic rezistent la presiune este prezentat în linia roșie continuă din Figura 10. Linia punctată neagră din Figura 10 este cea mai veche cercetare asupra zgomotului oceanic. Conform curbei Kundson, zgomotul de fond oceanic în starea mării 0. Nivelul spectrului de sunet este de aproximativ 44 dB@1 kHz. Trebuie remarcat faptul că aceste date sunt un rezultat al cercetării din 1948. În ultimii ani, la nivel mondial, transportul maritim

Odată cu dezvoltarea rapidă, zgomotul de fond din ocean crește de la an la an. Linia punctată albastră din Figura 10 este nivelul spectrului de zgomot de fundal al Mării Chinei de Sud în 2013 la nivelul 0 al condițiilor de mare Linia, se poate observa că nivelul echivalent al spectrului de zgomot propriu al hidrofonului sferic rezistent la presiune este mai mic sau egal cu nivelul 0 starea mării în intervalul de 10 1500 Hz. zgomot de fond oceanic în intervalul 1500-5000 Hz. Spectrul său de autozgomot echivalent la 1000 Hz. Nivelul este de 46,5 dB.

 

4.2.3 Test de performanță la tensiunea de rezistență

Pentru a verifica capacitatea de rezistență la presiune a hidrofon sferic rezistent la presiune , o probă de hidrofon sferic rezistent la presiune a fost pusă într-o autoclavă pentru un test de presiune. Pentru a asigura siguranța, sistemul de testare este presurizat cu apă de înaltă presiune. Conform analizei anterioare, capacitatea sa sigură de rezistență la presiune este de 28 MPa, ceea ce este sub de 1,5 ori factorul de siguranță.

Rezultatul obținut, adică capacitatea sa teoretică de presiune finală este de 42 MPa. Pentru a echilibra siguranța și ușurința în utilizare, aici este rotunjit la

30 MPa pentru testare. În timpul testului, mai întâi presurizați la 30 MPa, mențineți presiunea timp de 3 ore, eliberați presiunea și verificați hidrofonul; apoi presurizați din nou la 30 MPa și repetați testul de 3 ori. Nu a avut loc nicio scădere semnificativă de presiune pe parcursul întregului proces de presurizare. După fiecare presurizare, verificați hidrofonul de testat. Aspectul nu este deteriorat. Cântărirea este constantă înainte și după test. Apoi sensibilitatea este testată din nou în tubul cu undă staționară. Rezultatul testului arată că sensibilitatea este practic aceeași cu sensibilitatea înainte de presurizare. Acest lucru demonstrează că poate rezista la presiunea apei de 3000 m.

 

5 Concluzie

În această lucrare, este utilizată o combinație de formulă teoretică și simulare cu elemente finite, iar structura și materialul învelișului sferic piezoelectric au capacitatea de rezistență la presiune, iar traductorul înveliș sferic piezoelectric cu suport de aer polarizat radial este utilizat ca element sensibil de recepție acustică. Și am făcut un hidrofon sferic rezistent la presiune. Diametrul hidrofonului sferic rezistent la presiune este de 36 mm, banda de frecvență de lucru este de 50 Hz 10 kHz, sensibilitatea la frecvență joasă este de 198,4 dB, nivelul echivalent al spectrului de autozgomot este de 46,5 dB@1 kHz și adâncimea de lucru este de 3000 m. Schema de înveliș sferic piezoelectric cu suport de aer utilizată în această lucrare a obținut o anumită capacitate de rezistență la presiune în condițiile unei sensibilități ridicate. Dacă adâncimea rezistenței la presiune trebuie îmbunătățită în mod continuu, sensibilitatea trebuie să fie pierdută cu costul. Această soluție poate obține o rezistență la presiune relativ limitată. Dacă hidrofonul trebuie să obțină o rezistență mai mare la presiune (cum ar fi adâncimea completă a mării), este mai bine să alegeți o soluție umplută cu ulei sau de preaplin.