Resistencia de aislamiento y vida media de hidrófono cerámico piezoeléctrico.

Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2019-10-16 Origen:Sitio

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Los hidrófonos cerámicos piezoeléctricos tienen una amplia gama de aplicaciones en el sonar debido a su planitud, rendimiento estable y estructura simple. El modo de falla principal de hidrófonos cerámicos piezoeléctricos es la reducción de la resistencia de aislamiento. La resistencia promedio de aislamiento de la hidrófona se reduce para exceder los criterios de falla especificados RFC, que se juzga como un fallo. Por lo tanto, estudiando la variación de la resistencia de aislamiento de hidrófono cerámico piezoeléctrico, la influencia de la reducción de la resistencia de aislamiento en la sensibilidad y la determinación de la vida promedio son de gran importancia para comprender y dominar el índice de rendimiento y confiabilidad de la hidrófona. El mantenimiento y la protección también tienen cierto valor de referencia.

1 La vida media de un hidrófono.
Según la teoría de la confiabilidad, el número deTransductor de disco piezoeléctricoLos productos se evaluaron en las mismas condiciones, y se midieron los datos de la vida total. Entonces, el MTTF del tiempo promedio previo a la precisión es donde R (T) es el número acumulado de fallas del producto durante las horas de trabajo de 0 a T . Cuando la distribución de la vida del producto obedece la distribución exponencial, su MTTF es el recíproco de la tasa de falla λ (la probabilidad de falla del producto para trabajar a un tiempo determinado y la unidad de la unidad después de ese tiempo), es decir, 1 / λ. Los hidrófonos pueden usar MTTF para representar su vida promedio. En ingeniería, el aislamiento promedio de todos los hidrófonos en el lote se usa a menudo, y la RM de resistencia se reduce al tiempo TAV de la RFC estándar de fallas como la vida promedio. En el valor RFC, algunos hidrófonos han sido defectuosos. Aunque otros hidrófonos pueden funcionar normalmente, su sensibilidad disminuirá bruscamente en la banda de baja frecuencia, que tendrá un impacto grave en el desempeño de la matriz de recepción. Por lo tanto, debe ser reemplazado lo antes posible. .

2 resistencia al aislamiento de hidrófono

2.1 Mecanismo y ley de la disminución de la resistencia de aislamiento.

El componente central de un hidrófono cerámico piezoeléctrico es un componente cerámico piezoeléctrico. Cuando se seca el componente cerámico piezoeléctrico, la resistencia de aislamiento es alta, y cuando las moléculas de agua se infiltran, la resistencia de aislamiento es menor. Cuantas más moléculas de agua se infiltran, más se cae la resistencia de aislamiento. Los hidrófonos cerámicos piezoeléctricos trabajan en el agua durante muchos años. Los componentes cerámicos piezoeléctricos están encapsulados por materiales herméticos (tales como neopreno, poliuretano, etc.), pero las moléculas de agua siempre pasan a través de la superficie de estos materiales o dos materiales. La superficie de unión penetra en la superficie y dentro del componente cerámico piezoeléctrico, de modo que la resistencia de aislamiento de la hidrófona sea menor. Cuanto más tiempo se usa el hidrófono, más moléculas de agua se acumulan en la superficie y dentro del componente cerámico piezoico, y cuanto mayor sea la resistencia a los aislamiento, más se realizan mal funcionamiento. Se puede ver desde el análisis anterior que la caída en la resistencia de aislamiento de la hidrófona es inevitable e irreversible. No podemos dejar que la resistencia de aislamiento de la hidrófona no se caiga, todo lo que podemos hacer es retrasar la velocidad de la caída. La desaceleración de la resistencia de aislamiento significa un aumento en la vida útil del hidrófono. La siguiente medición se puede usar para reducir la resistencia a la resistencia de la resistencia a la aislamiento de hidrófono (1) el uso de componentes cerámicos piezoeléctricos con baja absorción de humedad. En términos generales, los materiales con mayor densidad son menos higroscópicos que los materiales con menor densidad. El material cerámico piezoeléctrico PZT comúnmente utilizado tiene una densidad de 7,8 g / cm3, y el material cerámico piezoeléctrico de titanato de bario rara vez usado tiene una densidad de 5,7 g / cm3, y este último tiene una \"higroscopicidad\" mucho más grande; 2) Use materiales apretados con agua con baja permeabilidad al agua; (3) Mejorar el proceso de fabricación de hidrófonos, y a menudo recibe efectos obvios. Para un solo hidrófono piezocerámico, no podemos predecir la ley de su caída de resistencia de aislamiento, ni puede predecir cuando fallará. Pero para un lote de hidrófonos, y el número de estos hidrófonos es grande, su resistencia a la aislamiento seguirá una cierta ley, la llamada ley estadística. Mirando primero un ejemplo, aunque no es práctico, se abstrae de la realidad y tiene una base práctica. Se ponen en uso hidrófonos, y se asume el estándar RFC = 0,5 MΩ para determinar la falla el mal funcionamiento del hidrófono. En los primeros días de uso, se midió una distribución típica de la resistencia de aislamiento del hidrófono. La mayoría de los hidrófonos tienen una RM de resistencia a los aislamiento mayores o iguales a 100 MΩ, mientras que 50 Sensor de disco cerámico PIZOEstá sujeto a la ley exponencial. Es decir, a una cierta temperatura, se sostiene la siguiente fórmula.

2.2 Resistencia de aislamiento e hidrófono sensibilidad.

Desde el análisis de circuito equivalente, la resistencia de aislamiento de hidrófono se puede considerar como paralelo a los dos extremos del hidrófono. A medida que aumenta el número de moléculas de agua que impregnan la superficie del elemento cerámico piezoico y el agua interna a través del material de cubierta hermética y la capa de unión, la RM de resistencia de aislamiento del hidrófono disminuirá continuamente. Bajar la RM a un cierto nivel reducirá la sensibilidad al hidrófono. Cuanto menor sea la frecuencia de operación, mayor será la reducción en M. El diagrama de circuito equivalente de la hidrófona cerámica piezoeléctrica se puede administrar en forma de una fuente de corriente constante, y también se puede administrar en forma de una fuente de voltaje constante. La fuente de voltaje constante es un diagrama de circuito equivalente muestra la simulación y los resultados de la medición reales de la reducción de la sensibilidad de un hidrófono bajo las diferentes resistencias de aislamiento. Tanto los cálculos teóricos como las mediciones reales prueban que cuanto menor sea la capacitancia estática de la hidrófona, mayor será el impacto de la disminución de la RM en M. Dado que la capacitancia estática de la hidrófona se está probando es muy grande, hasta 100000 PF, la reducción En la resistencia de aislamiento, RM tiene un efecto relativamente pequeño en su sensibilidad. Cuando RM ≥ 10 kΩ, el efecto en M es insignificante; Cuando RM <10 KΩ, tendrá un gran efecto en M, y el hidrófono se juzga como una falla. Llamamos al valor de resistencia de aislamiento que determina la falla del hidrófono como el valor de falla RF. En el ejemplo anterior, RF = 10 KΩ.

Obviamente, si la capacitancia estática de la hidrófona es de 10000 PF, la sensibilidad se verá afectada significativamente cuando la resistencia de aislamiento sea inferior a 100 kΩ. En este momento, RF = 100 KΩ. Sobre la base de los resultados anteriores y el valor de la sensibilidad de la hidrófona que permite la máquina de sonar, se puede determinar el criterio de falla RFC. RFC debe ser más de 10 veces más grande que RF, a fin de garantizar que la resistencia promedio de aislamiento de todos los hidrófonos en la matriz esté cerca de RFC, el número de hidrófonos cuya resistencia al aislamiento RM es menor que RF, es decir, el número de Los hidrófonos de falla son roncos. Dentro del rango permitido por toda la máquina. Además, el hidrófono se instala debajo de la línea de flotación de la nave. Una vez que se encuentra que el hidrófono es defectuoso, generalmente es necesario esperar hasta que el barco esté acoplado para implementar el reemplazo de hidrófono, por lo que hay un retraso. Durante este tiempo de retraso, la resistencia de aislamiento del hidrófono continuará bajando. Por lo tanto, el estándar de fallas RFC debe establecerse más alto para garantizar que el hidrófono se pueda usar normalmente antes de reemplazo. Además, la resistencia de aislamiento del hidrófono tiene una gran relación con la temperatura ambiente, y debe considerarse completamente cuando se determina el estándar de fallas RFC del hidrófono.

2.3 Relación entre la resistencia de aislamiento y la temperatura ambiente.

La resistencia de aislamiento deTransductor de disco piezocerámicoEstá estrechamente relacionado con la temperatura ambiente: la temperatura ambiente aumenta, la resistencia a los aislamiento disminuye, tanto la teoría como una gran cantidad de prácticas han demostrado que la relación entre la resistencia de aislamiento RM de la hidrófona cerámica piezoeléctrica. La temperatura ambiente es similar a la relación entre el tiempo de uso y la ley exponencial. En la fórmula, RMO es la resistencia de aislamiento medida a la temperatura de referencia T0; K3 es el coeficiente de temperatura tipo I. De manera similar, la fórmula anterior también se puede escribir en una forma más conveniente e intuitiva, K4 = EXP (-K3), que es un coeficiente de temperatura de Tipo II, luego MO R ≈ R K, modificado Barium Titanate Piezoelectric Ceramic Hydrophone. Resultados de laimulación y Resultados medidos de la relación entre la resistencia de aislamiento y la temperatura ambiente. Los resultados de medición están cerca de los resultados de la simulación, K4 = 0.94 ~ 0.95 / 1 ° C. Se muestran los resultados de la simulación y los resultados de medición de la relación entre la resistencia de aislamiento de la hidrófona cerámica piezoeléctrica PZT y la temperatura ambiente. Los resultados de las pruebas también están cerca de los resultados de la simulación, K4 = 0.90 ~ 0.94 / 1 ° C. La relación entre la resistencia de aislamiento del hidrófono cerámico piezoeléctrico y el tiempo de uso es irreversible; De lo contrario, la relación entre la resistencia de aislamiento de la hidrófona cerámica piezoeléctrica y la temperatura ambiente es reversible, es decir, cuando la temperatura ambiente regresa a su valor original, su aislamiento.

La resistencia también volverá a su valor original. La resistencia de aislamiento del hidrófono varía mucho con la temperatura ambiente. Por cada 11 ° C, el aumento de la temperatura ambiente, la resistencia de aislamiento se reduce a aproximadamente la mitad. En comparación con el hidrófono cerámico piezoeléctrico de titanato de bario modificado, la resistencia de aislamiento del hidrófono cerámico PZT piezoeléctrico cambiará más con la temperatura ambiente. Las reglas de variación mencionadas anteriormente son diferentes para diferentes tipos y diferentes especificaciones de materiales cerámicos piezoeléctricos de diferentes estructuras y diferentes materiales de recubrimiento herméticos, que deben ser determinados por experimentos. ¿Cuándo se determina la rFC estándar de falla de un hidrófono cerámico piezoeléctrico, la relación entre la resistencia de aislamiento de la hidrófona y la temperatura ambiente debe considerarse plenamente? Para el equipo con los altos requisitos de confiabilidad, la RFC de la hidrófona soportante debe determinarse a la temperatura ambiente más alta (por ejemplo, 30 ° C). Por lo tanto, cuando la temperatura ambiente disminuye, la resistencia de aislamiento del hidrófono solo aumentará, y no afectará el uso normal.

El modo principal de hidrófonos cerámicos piezoeléctricos es la reducción de la resistencia a los aislamiento. El mecanismo es que las moléculas de agua penetran en la superficie y dentro de los componentes cerámicos piezoicos a través del material de recubrimiento hermético y la capa de unión. La resistencia de aislamiento disminuye con el creciente tiempo de uso y satisface la ley exponencial. La resistencia de aislamiento disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente, y también cumple con la ley exponencial. Cuando la resistencia de aislamiento se reduce a un determinado nivel, tendrá un impacto significativo en la sensibilidad del hidrófono, y aún peor en el rango de baja frecuencia. En prácticamente, es conveniente definir el tiempo promedio de dejar caer la resistencia promedio de aislamiento de un lote de hidrófonos al estándar de falla especificado. En la determinación del estándar de fallas, basado en la relación entre la resistencia de aislamiento de la hidrófona y la sensibilidad, la relación entre la resistencia de aislamiento de la hidrófona y la temperatura ambiente se considera completamente, y el retraso entre la falla del hidrófono y el Se encuentra la implementación del reemplazo, y la falla se incrementa adecuadamente.