Новини

Ви тут: додому / Новини / Основи п'єзоелектричної кераміки / опір ізоляції та середній термін служби п'єзоелектричного керамічного гідрофону

опір ізоляції та середній термін служби п'єзоелектричного керамічного гідрофону

Перегляди: 45 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2019-10-16 Походження: Сайт

Запитуйте

П’єзоелектричні керамічні гідрофони мають широкий спектр застосування в ехолотах завдяки своїй плоскості, стабільній роботі та простій конструкції. Основною причиною відмови п'єзоелектричних керамічних гідрофонів є зниження опору ізоляції. Середній опір ізоляції гідрофону знижується, щоб перевищити визначені критерії відмови Rfc, що оцінюється як несправність. Тому вивчення зміни опору ізоляції п’єзоелектричного керамічного гідрофону, впливу зниження опору ізоляції на чутливість і визначення середнього терміну служби мають велике значення для правильного розуміння та засвоєння показників ефективності та надійності гідрофону. Технічне обслуговування та захист також мають певне довідкове значення.

1 Середній термін служби гідрофона
Відповідно до теорії надійності кількість п’єзоелектричні дискові перетворювачі були випробувані за тих самих умов, і були виміряні загальні дані про термін служби. Потім MTTF середнього часу перед несправністю є де r(t) – загальна кількість відмов виробу протягом робочих годин від 0 до t. Коли розподіл ресурсу продукту підкоряється експоненціальному розподілу, його MTTF є величиною, зворотною інтенсивності відмов λ (ймовірність відмови продукту працювати в певний час і одиницю часу після цього часу), тобто 1/λ. Гідрофони можуть використовувати MTTF для представлення свого середнього терміну служби. У техніці часто використовується середня ізоляція всіх гідрофонів у партії, а опір Rm зменшується до часу tav стандарту несправності Rfc як середнього терміну служби. У значенні Rfc деякі гідрофони були несправними. Хоча інші гідрофони можуть працювати нормально, їх чутливість різко впаде в діапазоні низьких частот, що серйозно позначиться на продуктивності приймальної решітки. Тому його слід якомога швидше замінити. .

2 опір ізоляції гідрофону

2.1 Механізм і закономірність зниження опору ізоляції

Основним компонентом п’єзоелектричного керамічного гідрофону є п’єзоелектричний керамічний компонент. Коли п’єзоелектричний керамічний компонент висушений, опір ізоляції високий, а коли молекули води проникають, опір ізоляції нижчий. Чим більше молекул води проникає, тим більше падає опір ізоляції. П'єзоелектричні керамічні гідрофони працюють у воді багато років. П’єзоелектричні керамічні компоненти інкапсульовані водонепроникними матеріалами (такими як неопрен, поліуретан тощо), але молекули води завжди проходять через поверхню цих матеріалів або двох матеріалів. Склеювальна поверхня проникає в поверхню та всередину п’єзоелектричного керамічного компонента, тому опір ізоляції гідрофону нижчий. Чим довше використовується гідрофон, тим більше молекул води накопичується на поверхні та всередині п’єзокерамічного компонента, і чим більший опір ізоляції, тим частіше гідрофон виходить з ладу. З наведеного вище аналізу видно, що падіння опору ізоляції гідрофону є неминучим і незворотним. Ми не можемо допустити, щоб опір ізоляції гідрофона не впав, все, що ми можемо зробити, це затримати швидкість падіння. Уповільнення опору ізоляції означає збільшення терміну служби гідрофону. Наступне вимірювання можна використати для уповільнення опору ізоляції гідрофону (1) Використання п’єзоелектричних керамічних компонентів із низьким поглинанням вологи. Загалом, матеріали з більшою щільністю менш гігроскопічні, ніж матеріали з меншою щільністю. Зазвичай використовуваний п’єзоелектричний керамічний матеріал PZT має щільність 7,8 г/см3, а рідко використовуваний п’єзоелектричний керамічний матеріал титанату барію має щільність 5,7 г/см3, а останній має набагато більшу «гігроскопічність»; 2) Використовувати водонепроникні матеріали з низькою водопроникністю; (3) Поліпшення виробничого процесу гідрофонів і часто отримання очевидних ефектів. Для окремого п’єзокерамічного гідрофону ми не можемо передбачити закон падіння його опору ізоляції, а також не можемо передбачити, коли він вийде з ладу. Але для партії гідрофонів, а кількість цих гідрофонів велика, їх опір ізоляції буде відповідати певному закону, так званому статистичному закону. Погляньмо спочатку на приклад, хоча він і не практичний, але абстрагований від реальності та має практичну основу. гідрофони введені в експлуатацію, і прийнято стандарт Rfc = 0,5 МОм для визначення несправності гідрофону. У перші дні використання було виміряно типовий розподіл опору ізоляції гідрофону. Більшість гідрофонів мають опір ізоляції Rm більше або дорівнює 100 МОм, а 50 п'єзокерамічний дисковий датчик підпорядковується експоненціальному закону. Тобто при певній температурі справедлива формула.

2.2 Опір ізоляції та чутливість гідрофону

З аналізу еквівалентної схеми опір ізоляції гідрофону можна вважати паралельним двом кінцям гідрофону. Оскільки кількість молекул води, що пронизують поверхню п’єзокерамічного елемента, і внутрішню воду через водонепроникний покривний матеріал і з’єднувальний шар збільшується, опір ізоляції Rm гідрофону буде постійно зменшуватися. Зниження Rm до певного рівня зменшить чутливість гідрофону. Чим нижча робоча частота, тим більше зменшення М. Еквівалентну схему п’єзоелектричного керамічного гідрофону можна надати у вигляді джерела постійного струму, а також можна надати у вигляді джерела постійної напруги. Схема еквівалентної схеми джерела постійної напруги показує моделювання та фактичні результати вимірювання зниження чутливості гідрофону за різних опорів ізоляції. Як теоретичні розрахунки, так і фактичні вимірювання доводять, що чим менша статична ємність гідрофону, тим сильніший вплив зменшення Rm на M. Оскільки статична ємність гідрофону, що перевіряється, дуже велика, до 100 000 пФ, зниження опору ізоляції Rm відносно незначно впливає на його чутливість. Коли Rm ≥ 10 кОм, вплив на M є незначним; коли Rm < 10 кОм, це матиме великий вплив на M, і гідрофон вважається несправним. Значення опору ізоляції, яке визначає несправність гідрофону, ми називаємо значенням несправності Rf. У наведеному вище прикладі Rf = 10 кОм.

Очевидно, що якщо статична ємність гідрофона становить 10000 пФ, то чутливість значно погіршиться, коли опір ізоляції менше 100 кОм. У цей час Rf=100 кОм. На підставі наведених вище результатів і значення чутливості гідрофона, яке дозволяє гідролокатор, можна визначити критерій відмови Rfc. Rfc має бути більш ніж у 10 разів більшим, ніж Rf, щоб гарантувати, що середній опір ізоляції всіх гідрофонів у масиві буде близьким до Rfc, кількість гідрофонів, опір ізоляції Rm яких менше Rf, тобто кількість несправних гідрофонів є грубою. У діапазоні, дозволеному всією машиною. Крім того, гідрофон встановлений нижче ватерлінії судна. Як тільки гідрофон виявляється несправним, зазвичай необхідно дочекатися, поки судно пришвартується, щоб замінити гідрофон, тому виникає затримка. Протягом цього часу затримки опір ізоляції гідрофону продовжуватиме падати. Таким чином, стандарт несправності Rfc повинен бути встановлений вище, щоб забезпечити нормальне використання гідрофону перед заміною. Крім того, опір ізоляції гідрофону має великий зв’язок із температурою навколишнього середовища, і його необхідно повністю враховувати при визначенні стандарту несправності Rfc гідрофону.

2.3 Зв'язок між опором ізоляції та температурою навколишнього середовища

Опір ізоляції П'єзокерамічний дисковий перетворювач тісно пов'язаний з температурою навколишнього середовища: температура навколишнього середовища підвищується, опір ізоляції зменшується. І теорія, і велика кількість практик довели, що взаємозв'язок між опором ізоляції Rm п'єзоелектричного керамічного гідрофону. температура навколишнього середовища подібна до залежності між часом використання та експоненціальним законом. У формулі Rmo — опір ізоляції, виміряний при контрольній температурі t0; k3 – температурний коефіцієнт I-типу. Подібним чином наведену вище формулу також можна записати в більш зручній та інтуїтивно зрозумілій формі, k4 = exp(−k3), що є температурним коефіцієнтом типу II, тоді mo R ≈ R k, модифікований п’єзоелектричний керамічний гідрофон із титанату барію. Результати моделювання та результати вимірювань співвідношення між опором ізоляції та температурою навколишнього середовища. Результати вимірювань близькі до результатів моделювання, k4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 °C. Показано результати моделювання та результати вимірювання залежності між опором ізоляції п’єзоелектричного керамічного гідрофону PZT та температурою навколишнього середовища. Результати випробувань також близькі до результатів моделювання, k4=0,90~0,94/1°C. Зв’язок між опором ізоляції п’єзоелектричного керамічного гідрофону та часом використання є незворотним; інакше залежність між опором ізоляції п’єзоелектричного керамічного гідрофону та температурою навколишнього середовища є оборотною, тобто коли температура навколишнього середовища повертається до початкового значення, його ізоляція .

Опір також повернеться до початкового значення. Опір ізоляції гідрофону сильно змінюється в залежності від температури навколишнього середовища. З кожним підвищенням температури навколишнього середовища на 11 °C опір ізоляції зменшується приблизно вдвічі. Порівняно з модифікованим п’єзоелектричним керамічним гідрофоном із титанату барію, опір ізоляції п’єзоелектричного керамічного гідрофону PZT змінюватиметься більше з температурою навколишнього середовища. Вищезазначені правила варіації відрізняються для різних типів і різних специфікацій п’єзоелектричних керамічних матеріалів різної структури та різних водонепроникних матеріалів покриття, які необхідно визначити експериментально. При визначенні стандарту відмови Rfc п’єзоелектричного керамічного гідрофону слід повністю враховувати зв’язок між опором ізоляції гідрофону та температурою навколишнього середовища. Для обладнання з високими вимогами до надійності Rfc опорного гідрофону слід визначати при найвищій температурі навколишнього середовища (наприклад, 30 °C). Таким чином, коли температура навколишнього середовища падає, опір ізоляції гідрофону тільки збільшиться, і не вплине на нормальне використання.

Основним режимом п'єзоелектричних керамічних гідрофонів є зниження опору ізоляції. Механізм полягає в тому, що молекули води проникають на поверхню та всередину п’єзокерамічних компонентів крізь водонепроникний матеріал покриття та сполучний шар. Опір ізоляції зменшується зі збільшенням часу використання і задовольняє експоненціальний закон. Опір ізоляції зменшується з підвищенням температури навколишнього середовища, а також відповідає експоненціальному закону. Коли опір ізоляції знижується до певного рівня, це матиме значний вплив на чутливість гідрофону, і навіть гірше в діапазоні низьких частот. Практично зручно визначити середній час падіння середнього опору ізоляції партії гідрофонів до заданого стандарту відмови. При визначенні стандарту несправності на основі співвідношення між опором ізоляції гідрофону та чутливістю повністю враховано співвідношення між опором ізоляції гідрофону та температурою навколишнього середовища, а також знайдено затримку між відмовою гідрофону та здійсненням заміни, а несправність відповідно збільшена.