Ştiri

Sunteți aici: Acasă / Ştiri / Bazele ceramicii piezoelectrice / rezistența de izolare și durata medie de viață a hidrofonului ceramic piezoelectric

rezistența de izolare și durata medie de viață a hidrofonului ceramic piezoelectric

Vizualizări: 45 Autor: Editor site Ora publicării: 2019-10-16 Origine: Site

Întreba

Hidrofoanele ceramice piezoelectrice au o gamă largă de aplicații în sonar datorită planeității, performanței stabile și structurii simple. Principalul mod de defecțiune al hidrofoanelor ceramice piezoelectrice este reducerea rezistenței de izolație. Rezistența medie de izolație a hidrofonului este redusă pentru a depăși criteriile de defecțiune specificate Rfc, care este considerată o defecțiune. Prin urmare, studierea variației rezistenței de izolație a hidrofonului ceramic piezoelectric, influența reducerii rezistenței de izolație asupra sensibilității și determinarea duratei medii de viață sunt de mare importanță pentru înțelegerea și stăpânirea corectă a indicelui de performanță și fiabilitate al hidrofonului. Întreținerea și protecția au și o anumită valoare de referință.

1 Durata medie de viață a unui hidrofon
Conform teoriei fiabilității, numărul de Produsele traductoare cu disc piezoelectrice au fost testate în aceleași condiții și au fost măsurate datele de viață totale. Apoi, MTTF-ul timpului mediu de pre-defecțiune este unde r(t) este numărul cumulat de defecțiuni ale produsului în timpul orelor de lucru de la 0 la t. Când distribuția de viață a produsului respectă distribuția exponențială, MTTF-ul său este reciproca ratei de eșec λ (probabilitatea ca produsul să nu funcționeze la un anumit moment și unitatea de timp după acel timp), adică 1/λ. Hidrofoanele pot folosi MTTF pentru a-și reprezenta durata medie de viață. În inginerie, se folosește adesea izolația medie a tuturor hidrofoanelor din lot, iar rezistența Rm este redusă la timpul tav al standardului de defecțiune Rfc ca durată medie de viață. În valoarea Rfc, unele hidrofoane au fost defecte. Deși alte hidrofoane pot funcționa normal, sensibilitatea lor va scădea brusc în banda de frecvență joasă, ceea ce va avea un impact grav asupra performanței matricei de recepție. Prin urmare, ar trebui înlocuit cât mai curând posibil. .

2 rezistenta de izolare la hidrofon

2.1 Mecanismul și legea scăderii rezistenței de izolație

Componenta de bază a unui hidrofon ceramic piezoelectric este o componentă ceramică piezoelectrică. Când componenta ceramică piezoelectrică este uscată, rezistența de izolație este mare, iar când moleculele de apă se infiltrează, rezistența de izolație este mai mică. Cu cât se infiltrează mai multe molecule de apă, cu atât scade rezistența izolației. Hidrofoanele ceramice piezoelectrice funcționează în apă de mulți ani. Componentele ceramice piezoelectrice sunt încapsulate de materiale etanșe la apă (cum ar fi neoprenul, poliuretanul etc.), dar moleculele de apă trec întotdeauna prin suprafața acestor materiale sau a două materiale. Suprafața de lipire pătrunde în suprafața și în interiorul componentei ceramice piezoelectrice, astfel încât rezistența de izolație a hidrofonului este mai mică. Cu cât hidrofonul este folosit mai mult timp, cu atât mai multe molecule de apă se acumulează pe suprafața și în interiorul componentei piezo-ceramice și cu cât rezistența de izolație este mai mare, cu atât hidrofonul funcționează mai defectuos. Din analiza de mai sus se poate observa că scăderea rezistenței de izolație a hidrofonului este inevitabilă și ireversibilă. Nu putem lăsa rezistența de izolație a hidrofonului să nu scadă, tot ce putem face este să întârziem viteza căderii. Incetinirea rezistentei de izolare inseamna o crestere a duratei de viata a hidrofonului. Următoarea măsurătoare poate fi utilizată pentru a încetini rezistența rezistenței de izolație a hidrofonului (1) Utilizarea componentelor ceramice piezoelectrice cu absorbție scăzută de umiditate. În general, materialele cu densitate mai mare sunt mai puțin higroscopice decât materialele cu densitate mai mică. Materialul ceramic piezoelectric PZT folosit în mod obișnuit are o densitate de 7,8 g/cm3, iar materialul ceramic piezoelectric titanat de bariu rar folosit are o densitate de 5,7 g/cm3, iar acesta din urmă are o „higroscopicitate” mult mai mare; 2) Folosiți materiale etanșe cu permeabilitate scăzută la apă; (3) Îmbunătățirea procesului de fabricație a hidrofoanelor și adesea primesc efecte evidente. Pentru un singur hidrofon piezoceramic, nu putem prezice legea căderii rezistenței sale de izolație și nici nu putem prezice când va eșua. Dar pentru un lot de hidrofoane, iar numărul acestor hidrofoane este mare, rezistența lor de izolație va urma o anumită lege, așa-numita lege statistică. Privind mai întâi un exemplu, deși nu este practic, este abstractizat de realitate și are o bază practică. hidrofoanele sunt date în folosință și se presupune Rfc standard = 0,5 MΩ pentru determinarea defecțiunii hidrofonului. În primele zile de utilizare, a fost măsurată o distribuție tipică a rezistenței de izolație a hidrofonului. Majoritatea hidrofoanelor au o rezistență de izolație Rm mai mare sau egală cu 100 MΩ, în timp ce 50 Senzorul cu disc piezo-ceramic este supus legii exponențiale. Adică, la o anumită temperatură, este valabilă următoarea formulă.

2.2 Rezistența de izolație și sensibilitatea hidrofonului

Din analiza circuitului echivalent, rezistența de izolație a hidrofonului poate fi considerată paralelă cu cele două capete ale hidrofonului. Pe măsură ce numărul de molecule de apă care pătrund pe suprafața elementului piezo-ceramic și apa internă prin materialul de acoperire etanș la apă și stratul de lipire crește, rezistența de izolație Rm a hidrofonului va scădea continuu. Scăderea Rm la un anumit nivel va reduce sensibilitatea hidrofonului. Cu cât frecvența de funcționare este mai mică, cu atât este mai mare reducerea în M. Schema circuitului echivalent a hidrofonului ceramic piezoelectric poate fi dată sub forma unei surse de curent constant și poate fi dată și sub forma unei surse de tensiune constantă. Sursa de tensiune constantă este schema echivalentă a circuitului arată rezultatele de simulare și măsurători reale ale reducerii sensibilității unui hidrofon sub diferitele rezistențe de izolație. Atât calculele teoretice, cât și măsurătorile efective demonstrează că cu cât capacitatea statică a hidrofonului este mai mică, cu atât este mai mare impactul scăderii Rm asupra M. Deoarece capacitatea statică a hidrofonului este testată este foarte mare, până la 100000 pF, reducerea rezistenței de izolație Rm are un efect relativ mic asupra sensibilității sale. Când Rm ≥ 10 kΩ, efectul asupra M este neglijabil; când Rm < 10 kΩ, acesta va avea un efect mare asupra M, iar hidrofonul este considerat ca fiind o defecțiune. Numim valoarea rezistenței de izolație care determină defecțiunea hidrofonului drept valoarea de defect Rf. În exemplul de mai sus, Rf = 10 kΩ.

Evident, dacă capacitatea statică a hidrofonului este de 10000 pF, sensibilitatea va fi afectată semnificativ atunci când rezistența de izolație este mai mică de 100 kΩ. În acest moment, Rf=100 kΩ. Pe baza rezultatelor de mai sus și a valorii sensibilității hidrofonului pe care o permite sonarul, se poate determina criteriul de defecțiune Rfc. Rfc ar trebui să fie de peste 10 ori mai mare decât Rf, astfel încât să se asigure că rezistența medie de izolație a tuturor hidrofoanelor din matrice este apropiată de Rfc, numărul de hidrofoane a căror rezistență de izolație Rm este mai mică decât Rf, adică numărul de hidrofoane de defecte este răgușit. În intervalul permis de întreaga mașină. În plus, hidrofonul este instalat sub linia de plutire a navei. Odată ce se constată că hidrofonul este defect, este, în general, necesar să așteptați până când nava este andocată pentru a implementa înlocuirea hidrofonului, deci există o întârziere. În acest timp de întârziere, rezistența de izolație a hidrofonului va continua să scadă. Prin urmare, standardul de eroare Rfc trebuie setat mai mare pentru a se asigura că hidrofonul poate fi utilizat în mod normal înainte de înlocuire. În plus, rezistența de izolație a hidrofonului are o relație mare cu temperatura ambiantă și trebuie luată în considerare pe deplin atunci când se determină standardul de defecțiune Rfc al hidrofonului.

2.3 Relația dintre rezistența de izolație și temperatura ambiantă

Rezistenta de izolare a traductorul cu disc piezoceramic este strâns legat de temperatura ambiantă: temperatura ambiantă crește, rezistența de izolație scade, atât teoria, cât și un număr mare de practici au demonstrat că relația dintre rezistența de izolație Rm a hidrofonului ceramic piezoelectric. temperatura ambientală este similară cu relația dintre timpul de utilizare și legea exponențială. În formulă, Rmo este rezistența de izolație măsurată la temperatura de referință t0; k3 este coeficientul de temperatură de tip I. În mod similar, formula de mai sus poate fi scrisă și într-o formă mai convenabilă și intuitivă, k4 = exp(−k3), care este un coeficient de temperatură de tip II, apoi mo R ≈ R k , hidrofon ceramic piezoelectric de titanat de bariu modificat. Rezultatele măsurătorilor sunt apropiate de rezultatele simulării, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. Sunt prezentate rezultatele simulării și rezultatele măsurării relației dintre rezistența de izolație a hidrofonului ceramic piezoelectric PZT și temperatura ambiantă. Rezultatele testului sunt, de asemenea, apropiate de rezultatele simulării, k4=0,90~0,94/1°C. Relația dintre rezistența de izolație a hidrofonului ceramic piezoelectric și timpul de utilizare este ireversibilă; în caz contrar, relația dintre rezistența de izolație a hidrofonului ceramic piezoelectric și temperatura ambiantă este reversibilă, adică atunci când temperatura ambientală revine la valoarea sa inițială, izolația sa.

Rezistența va reveni, de asemenea, la valoarea inițială. Rezistența de izolație a hidrofonului variază foarte mult în funcție de temperatura ambiantă. Pentru fiecare creștere cu 11 °C a temperaturii ambientale, rezistența de izolație este redusă cu aproximativ jumătate. În comparație cu hidrofonul ceramic piezoelectric din titanat de bariu modificat, rezistența de izolație a hidrofonului ceramic piezoelectric PZT se va schimba mai mult cu temperatura ambiantă. Regulile de variație menționate mai sus sunt diferite pentru diferite tipuri și specificații diferite ale materialelor ceramice piezoelectrice cu diferite structuri și diferite materiale de acoperire etanșă la apă, care trebuie determinate prin experimente. Când se determină standardul de defecțiune Rfc al unui hidrofon ceramic piezoelectric, trebuie luată în considerare pe deplin relația dintre rezistența de izolație a hidrofonului și temperatura ambiantă. Pentru echipamentele cu cerințe de fiabilitate ridicate, Rfc-ul hidrofonului suport trebuie determinat la cea mai ridicată temperatură ambientală (de exemplu, 30 °C). Astfel, atunci când temperatura ambientală scade, rezistența de izolație a hidrofonului va crește doar și nu va afecta utilizarea normală.

Principalul mod al hidrofoanelor ceramice piezoelectrice este reducerea rezistenței de izolație. Mecanismul este că moleculele de apă pătrund în suprafața și în interiorul componentelor piezo-ceramice prin materialul de acoperire etanș la apă și stratul de lipire. Rezistența de izolație scade odată cu creșterea timpului de utilizare și respectă legea exponențială. Rezistența de izolație scade pe măsură ce temperatura ambientală crește și, de asemenea, îndeplinește legea exponențială. Când rezistența de izolație este redusă la un anumit nivel, va avea un impact semnificativ asupra sensibilității hidrofonului și chiar mai rău în domeniul de frecvență joasă. Practic, este convenabil să definiți timpul mediu de scădere a rezistenței medii de izolație a unui lot de hidrofoane la standardul de defecțiune specificat. În determinarea standardului de defecțiune, pe baza relației dintre rezistența de izolație a hidrofonului și sensibilitate, se ia în considerare pe deplin relația dintre rezistența de izolație a hidrofonului și temperatura ambiantă și se constată întârzierea dintre defecțiunea hidrofonului și implementarea înlocuirii, iar defecțiunea este crescută în mod corespunzător.