Resistência de isolamento e vida média de hidrofone cerâmico piezoelétrico

Número Browse:0 Autor:editor do site Publicar Time: 2019-10-16 Origem:alimentado

Inquérito

Os hidrofones cerâmicos piezoelétricos têm uma ampla gama de aplicações no sonar devido à sua nivelamento, desempenho estável e estrutura simples. O principal modo de falha de hidrofones cerâmicos piezoelétricos é a redução da resistência à isolamento. A resistência média de isolamento do hidrofone é reduzida para exceder os critérios de falha especificados RFC, que é julgado como uma falha. Portanto, estudando a variação da resistência à isolamento do hidrofone cerâmico piezoelétrico, a influência da redução da resistência de isolamento na sensibilidade e a determinação da vida média são de grande importância para entender corretamente e dominar o índice de desempenho e confiabilidade do hidrofone. A manutenção e proteção também têm determinado valor de referência.

1 a vida média de um hidrofone
De acordo com a teoria da confiabilidade, o número deTransdutor de disco piezoelétricoOs produtos foram testados nas mesmas condições, e os dados totais da vida foram medidos. Então, o MTTF do tempo médio pré-falha é onde r (t) é o número cumulativo de falhas do produto durante o horário de trabalho de 0 a T . Quando a distribuição de vida do produto obedece a distribuição exponencial, seu MTTF é o recíproco da taxa de falha λ (a probabilidade de falha do produto para trabalhar em um determinado momento e o tempo da unidade após esse tempo), isto é, 1 / λ. Os hidrofones podem usar o MTTF para representar sua vida média. Em engenharia, o isolamento médio de todos os hidrofones no lote é frequentemente usado, e a RM de resistência é reduzida para o tempo TAV do padrão de falha RFC como a vida média. No valor RFC, alguns hidrofones foram defeituosos. Embora outros hidrofones possam funcionar normalmente, sua sensibilidade cairá acentuadamente na banda de baixa frequência, que terá um impacto grave no desempenho da matriz receptora. Portanto, deve ser substituído o mais rápido possível. .

2 resistência à isolamento de hidrofone

2.1 Mecanismo e Lei do Declínio da Resistência à Isolamento

O componente principal de um hidrofone cerâmico piezoelétrico é um componente cerâmico piezoelétrico. Quando o componente cerâmico piezoelétrico é seco, a resistência de isolamento é alta, e quando a água molécula se infiltram, a resistência à isolamento é menor. Quanto mais moléculas de água se infiltram, mais a resistência à isolamento cai. Hidrofonos cerâmicos piezoelétricos funcionam na água por muitos anos. Os componentes cerâmicos piezoelétricos são encapsulados por materiais herméticos (como neopreno, poliuretano, etc.), mas moléculas de água sempre passam pela superfície desses materiais ou dois materiais. A superfície de ligação penetra na superfície e dentro do componente cerâmico piezoelétrico, de modo que a resistência de isolamento do hidrofone é menor. Quanto mais tempo o hidrofone é usado, mais moléculas de água se acumularam na superfície e dentro do componente cerâmico piezo, e maior a resistência à isolamento é, mais os maus funcionários do hidrofone. Pode ser visto a partir da análise acima que a queda na resistência à isolamento do hidrofone é inevitável e irreversível. Não podemos deixar a resistência do isolamento do hidrofone não cair, tudo o que podemos fazer é atrasar a velocidade da queda. A desaceleração da resistência de isolamento significa um aumento na vida do hidrofone. A seguinte medição pode ser usada para desacelerar a resistência da resistência à isolamento de hidrofone (1) o uso de componentes cerâmicos piezoelétricos com baixa absorção de umidade. De um modo geral, os materiais com maior densidade são menos higroscópicos do que materiais com menor densidade. O material de cerâmica piezoelétrico PZT comumente usado tem uma densidade de 7,8 g / cm3, e o material cerâmico piezoelétrico de titanato raramente utilizado tem uma densidade de 5,7 g / cm3, e este último tem uma \"higroscopicidade muito maior; 2) Use materiais herméticos com baixa permeabilidade à água; (3) melhorar o processo de fabricação de hidrofones e, muitas vezes, receber efeitos óbvios. Para um único hidrofone piezocerâmico, não podemos prever a lei de sua resistência de isolamento, nem pode prever quando ele falhará. Mas para um lote de hidrofones, e o número desses hidrofones é grande, sua resistência de isolamento seguirá uma certa lei, a chamada lei estatística. Olhando para um exemplo primeiro, embora não seja prático, é abstraído da realidade e tem uma base prática. Os hidrofones são colocados em uso e o padrão RFC = 0,5 mΩ para determinar o mau funcionamento do hidrofone é assumido. Nos primeiros dias de uso, foi medida uma distribuição típica da resistência à isolamento do hidrofone. A maioria dos hidrofones tem uma resistência de isolamento RM maior ou igual a 100 mΩ, enquanto 50 sensor de disco cerâmico piezoestá sujeito à lei exponencial. Isto é, a uma certa temperatura, a seguinte fórmula é válida.

2.2 Resistência à Isolamento e sensibilidade de hidrofone

A partir da análise de circuito equivalente, a resistência à isolamento de hidrofona pode ser considerada paralela às duas extremidades do hidrofone. Como o número de moléculas de água permeando a superfície do elemento cerâmico piezo e a água interna através do material de cobertura à prova d'água e a camada de ligação aumenta, a resistência à isolamento RM do hidrofone diminuirá continuamente. Abaixando o RM a um determinado nível reduzirá a sensibilidade do hidrofone. Quanto menor a frequência de operação, maior a redução do M. O diagrama de circuito equivalente do hidrofone cerâmico piezoelétrico pode ser dado sob a forma de uma fonte de corrente constante, e também pode ser dada sob a forma de uma fonte de tensão constante. A fonte de tensão constante é o diagrama de circuito equivalente mostra a simulação e os resultados reais da medição da redução de sensibilidade de um hidrofônico sob as diferentes resistências de isolamento. Ambos os cálculos teóricos e as medidas reais provam que quanto menor a capacitância estática do hidrofone, maior o impacto da diminuição da RM em M. Como a capacitância estática do hidrofone está sendo testada é muito grande, até 100000 pf, a redução Na resistência à isolamento, a RM tem um efeito relativamente pequeno em sua sensibilidade. Quando RM ≥ 10 kΩ, o efeito em m é insignificante; Quando RM <10 KΩ, terá um efeito grande em M, e o hidrofone é julgado como uma falha. Chamamos o valor da resistência à isolamento que determina a falha do hidrofone como o valor de falha RF. No exemplo acima, RF = 10 kΩ.

Obviamente, se a capacitância estática do hidrofone é 10000 pf, a sensibilidade será significativamente afetada quando a resistência de isolamento for inferior a 100 kΩ. Neste momento, RF = 100 kΩ. Com base nos resultados acima e no valor da sensibilidade do hidrofone que a máquina do sonar permite, o critério de falha RFC pode ser determinado. O RFC deve ser superior a 10 vezes maior que o RF, de modo a garantir que a resistência média de isolamento de todos os hidrofones na matriz seja próxima da RFC, o número de hidrofones cuja resistência à isolamento RM é menor que a RF, ou seja, o número de Hidrofones de falha é rouco. Dentro do intervalo permitido por toda a máquina. Além disso, o hidrofone é instalado abaixo da linha d'água do navio. Uma vez que o hidrofone é totalmente defeituoso, é geralmente necessário esperar até que o navio esteja encaixado para implementar a substituição de hidrofone, então há um atraso. Durante este tempo de atraso, a resistência de isolamento do hidrofone continuará a cair. Portanto, a RFC padrão de falha deve ser ajustada para garantir que o hidrofone possa ser usado normalmente antes da substituição. Além disso, a resistência de isolamento do hidrofone tem uma ótima relação com a temperatura ambiente, e deve ser totalmente considerada ao determinar o padrão de falha RFC do hidrofone.

2.3 Relação entre resistência à isolamento e temperatura ambiente

A resistência de isolamento deTransdutor de disco piezocerâmicoEstá intimamente relacionado com a temperatura ambiente: a temperatura ambiente aumenta, a resistência à isolamento diminui, tanto a teoria quanto um grande número de práticas provaram que a relação entre a resistência à isolamento RM do hidrofone cerâmico piezoelétrico. A temperatura ambiente é semelhante à relação entre o tempo de uso e a lei exponencial. Na fórmula, a RMO é a resistência de isolamento medido na temperatura de referência T0; K3 é o coeficiente de temperatura do tipo I. Da mesma forma, a fórmula acima também pode ser escrita de forma mais conveniente e intuitiva, K4 = Exp (-K3), que é um coeficiente de temperatura tipo II, em seguida, Mo R ≈ R K, modificado Titanato piezoelétrico de hidrofone piezoelétrico. Resultados de hidrofone piezoelétrico e resultados medidos da relação entre resistência à isolamento e temperatura ambiente. Os resultados de medição estão próximos dos resultados da simulação, K4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 ° C. A simulação resulta e resultados de medição da relação entre a resistência de isolamento do hidrofone cerâmico piezoelétrico PZT e a temperatura ambiente são mostradas. Os resultados do teste também estão próximos dos resultados da simulação, K4 = 0,90 ~ 0,94 / 1 ° C. A relação entre a resistência à isolamento do hidrofone cerâmico piezoelétrico e o tempo de uso é irreversível; Caso contrário, a relação entre a resistência à isolamento do hidrofone cerâmico piezoelétrico e a temperatura ambiente é reversível, ou seja, quando a temperatura ambiente retorna ao seu valor original, seu isolamento.

A resistência também retornará ao seu valor original. A resistência de isolamento do hidrofono varia muito com a temperatura ambiente. Para cada aumento de 11 ° C na temperatura ambiente, a resistência à isolamento é reduzida em cerca de metade. Em comparação com o hidrofone de cerâmica piezoelétrico de titanato de bário modificado, a resistência de isolamento do hidrofone cerâmico piezoelétrico PZT mudará mais com a temperatura ambiente. As regras de variação acima mencionadas são diferentes para diferentes tipos e diferentes especificações de materiais cerâmicos piezoelétricos de diferentes estruturas e diferentes materiais de revestimento estanque, que precisam ser determinados por experimentos. Quando é determinar a RFC padrão de falha de um hidrofone cerâmico piezoelétrico, a relação entre a resistência de isolamento do hidrofone e a temperatura ambiente deve ser totalmente considerada. Para equipamentos com altos requisitos de confiabilidade, a RFC do hidrofone de apoio deve ser determinada à temperatura ambiente mais alta (por exemplo, 30 ° C). Assim, quando a temperatura ambiente cai, a resistência à isolamento do hidrofone só aumentará e não afetará o uso normal.

O modo principal de hidrofones cerâmicos piezoelétricos é a redução da resistência à isolamento. O mecanismo é que as moléculas de água penetram na superfície e dentro dos componentes cerâmicos piezo através do material de revestimento estanque e da camada de ligação. A resistência de isolamento diminui com o aumento do tempo de uso e satisfaz a lei exponencial. A resistência de isolamento diminui à medida que a temperatura ambiente aumenta, e também atende à lei exponencial. Quando a resistência de isolamento é reduzida a um determinado nível, terá um impacto significativo na sensibilidade do hidrofone e ainda pior na faixa de baixa frequência. Praticamente, é conveniente definir o tempo médio de descartar a resistência média de isolamento de um lote de hidrofones para o padrão de falha especificado. Na determinação do padrão de falha, com base na relação entre a resistência de isolamento do hidrofone e a sensibilidade, a relação entre a resistência de isolamento do hidrofone e a temperatura ambiente é totalmente considerada, e o atraso entre a falha do hidrofone e o A implementação da substituição é encontrada e a falha é adequadamente aumentada.