Résistance à l'isolation et vie moyenne de l'hydrophone en céramique piézoélectrique

Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2019-10-16 origine:Propulsé

enquête

Les hydrophones en céramique piézoélectrique ont une large gamme d'applications dans le sonar en raison de leur planéité, de leurs performances stables et de leur structure simple. Le principal mode de défaillance des hydrophones en céramique piézoélectrique est la réduction de la résistance à l'isolation. La résistance à l'isolation moyenne de l'hydrophone est réduite pour dépasser les critères de défaillance spécifiés RFC, qui est jugé comme un échec. Par conséquent, en étudiant la variation de la résistance à l'isolation de l'hydrophone en céramique piézoélectrique, l'influence de la réduction de la résistance à l'isolation sur la sensibilité et la détermination de la durée de vie moyenne sont d'une grande signification pour comprendre et maîtriser correctement l'indice de performance et de fiabilité de l'hydrophone. La maintenance et la protection ont également une certaine valeur de référence.

1 La durée de vie moyenne d'un hydrophone
Selon la théorie de la fiabilité, le nombre detransducteur à disque piézoélectriqueLes produits ont été testés dans les mêmes conditions, et les données totales de durée de vie ont été mesurées. Ensuite, le MTTF du temps de pré-faute moyen est l'endroit où R (t) est le nombre cumulatif d'échecs du produit pendant les heures de travail de 0 à T . Lorsque la distribution de durée de vie du produit obéit à la distribution exponentielle, son MTTF est le réciproque du taux de défaillance λ (la probabilité de défaut du produit à fonctionner à un certain moment et l'unité d'unité après cette période), c'est-à-dire 1 / λ. Les hydrophones peuvent utiliser le MTTF pour représenter leur durée de vie moyenne. En ingénierie, l'isolation moyenne de tous les hydrophones dans le lot est souvent utilisée, et la résistance RM est réduite au temps de temps de la RFC standard de défaut comme durée de vie moyenne. Dans la valeur RFC, certains hydrophones ont été défectueux. Bien que d'autres hydrophones puissent fonctionner normalement, leur sensibilité baissera fortement dans la bande basse fréquence, ce qui aura un impact sérieux sur les performances du réseau de réception. Par conséquent, il doit être remplacé dès que possible. .

2 Résistance à l'isolation d'hydrophone

2.1 Mécanisme et loi du déclin de la résistance à l'isolation

Le composant central d'un hydrophone en céramique piézoélectrique est un composant en céramique piézoélectrique. Lorsque la composante en céramique piézoélectrique est séchée, la résistance à l'isolation est élevée et lorsque les molécules d'eau s'infiltrent, la résistance à l'isolation est plus faible. Plus il y a de molécules d'eau s'infiltrent, plus la résistance à l'isolation baisse. Les hydrophones en céramique piézoélectrique fonctionnent dans l'eau pendant de nombreuses années. Les composants en céramique piézoélectrique sont encapsulés par des matériaux étanches (comme le néoprène, le polyuréthane, etc.), mais les molécules d'eau passent toujours à la surface de ces matériaux ou deux matériaux. La surface de liaison pénètre dans la surface et à l'intérieur du composant en céramique piézoélectrique, de sorte que la résistance à l'isolation de l'hydrophone est plus faible. Plus l'hydrophone est utilisé longtemps, plus les molécules d'eau s'accumulent à la surface et à l'intérieur de la composante en céramique piézo, et plus la résistance à l'isolation est grande, plus les dysfonctionnements de l'hydrophone sont élevés. On peut voir à partir de l'analyse ci-dessus que la baisse de la résistance à l'isolation de l'hydrophone est inévitable et irréversible. Nous ne pouvons pas laisser la résistance à l'isolation de l'hydrophone ne pas tomber, tout ce que nous pouvons faire est de retarder la vitesse de la goutte. Le ralentissement de la résistance à l'isolation signifie une augmentation de la durée de vie de l'hydrophone. La mesure suivante peut être utilisée pour ralentir la résistance de la résistance à l'isolation hydrophone (1) l'utilisation de composants en céramique piézoélectrique avec une faible absorption d'humidité. De manière générale, les matériaux à densité plus élevée sont moins hygroscopiques que les matériaux à densité plus faible. Le matériau en céramique piézoélectrique PZT couramment utilisé a une densité de 7,8 g / cm3, et le matériau en céramique piézoélectrique du barium rarement utilisé a une densité de 5,7 g / cm3, et ce dernier a une \"hygroscopicité \" beaucoup plus grande; 2) utiliser des matériaux étanches à l'eau avec une perméabilité à faible perméabilité dans l'eau; (3) Améliorer le processus de fabrication des hydrophones et reçoivent souvent des effets évidents. Pour un seul hydrophone piézocéramique, nous ne pouvons pas prédire la loi de sa chute de résistance à l'isolation, ni ne peut prédire quand elle échouera. Mais pour un lot d'hydrophones, et le nombre de ces hydrophones est important, leur résistance à l'isolation suivra une certaine loi, la soi-disant loi statistique. En regardant un exemple en premier, bien qu'il ne soit pas pratique, il est abstrait de la réalité et a une base pratique. Les hydrophones sont mis en service et le RFC standard = 0,5 MΩ pour déterminer le dysfonctionnement de l'hydrophone est supposé. Au début de l'utilisation, une distribution typique de la résistance à l'isolation de l'hydrophone a été mesurée. La plupart des hydrophones ont une résistance à l'isolation RM supérieure ou égale à 100 MΩ, tandis que 50 capteur de disque en céramique piézoest soumis à une loi exponentielle. C'est-à-dire, à une certaine température, la formule suivante tient.

2.2 Résistance à l'isolation et sensibilité à l'hydrophone

À partir de l'analyse de circuit équivalent, la résistance à l'isolation d'hydrophone peut être considérée comme parallèle aux deux extrémités de l'hydrophone. Alors que le nombre de molécules d'eau imprégnant la surface de l'élément céramique piézo-piétique et de l'eau interne à travers le matériau de recouvrement étanche et la couche de liaison augmente, la résistance à l'isolation RM de l'hydrophone diminuera en continu. L'abaissement de la RM à un certain niveau réduira la sensibilité à l'hydrophone. Plus la fréquence de fonctionnement est faible, plus la réduction de M. est faible, le diagramme de circuit équivalent de l'hydrophone en céramique piézoélectrique peut être donné sous la forme d'une source de courant constante et peut également être donnée sous la forme d'une source de tension constante. La source de tension constante est un diagramme de circuit équivalent montre la simulation et les résultats de mesure réels de la réduction de sensibilité d'un hydrophone dans les différentes résistances d'isolation. Les calculs théoriques et les mesures réelles prouvent que plus la capacité statique de l'hydrophone est faible, plus l'impact de la diminution de RM sur M. puisque la capacité statique de l'hydrophone est très grande, jusqu'à 100000 pf, la réduction Dans la résistance à l'isolation, RM a un effet relativement faible sur sa sensibilité. Lorsque RM ≥ 10 kΩ, l'effet sur M est négligeable; Lorsque RM <10 kΩ aura un effet important sur M, et l'hydrophone est jugé comme une faute. Nous appelons la valeur de résistance à l'isolation qui détermine le défaut de l'hydrophone comme valeur de défaut RF. Dans l'exemple ci-dessus, RF = 10 kΩ.

De toute évidence, si la capacité statique de l'hydrophone est de 10000 PF, la sensibilité sera considérablement affectée lorsque la résistance à l'isolation est inférieure à 100 kΩ. À ce moment, RF = 100 kΩ. Sur la base des résultats ci-dessus et de la valeur de la sensibilité de l'hydrophone que la machine sonar permet, le critère de défaillance RFC peut être déterminé. La RFC doit être plus de 10 fois supérieure à la RF, de manière à garantir que la résistance à l'isolation moyenne de tous les hydrophones sur le tableau est proche de la RFC, le nombre d'hydrophones dont la résistance à l'isolation RM est inférieure à RF, c'est-à-dire le nombre de Les hydrophones de faille sont rauques. Dans la plage autorisée par toute la machine. De plus, l'hydrophone est installé sous la ligne de flottaison du navire. Une fois que l'hydrophone est défectueux, il est généralement nécessaire d'attendre que le navire soit amarré pour mettre en œuvre le remplacement de l'hydrophone, il y a donc un retard. Pendant ce délai, la résistance à l'isolation de l'hydrophone continuera de baisser. Par conséquent, la RFC standard de défaut doit être réglée plus haut pour garantir que l'hydrophone peut être utilisé normalement avant le remplacement. De plus, la résistance à l'isolation de l'hydrophone a une excellente relation avec la température ambiante, et elle doit être pleinement prise en compte lors de la détermination de la RFC standard de la faille de l'hydrophone.

2.3 Relation entre la résistance à l'isolation et la température ambiante

La résistance à l'isolation detransducteur à disque piézocéramiqueest étroitement lié à la température ambiante: la température ambiante augmente, la résistance à l'isolation diminue, à la fois la théorie et un grand nombre de pratiques ont prouvé que la relation entre la résistance à l'isolation RM de l'hydrophone en céramique piézoélectrique. La température ambiante est similaire à la relation entre le temps d'utilisation et la loi exponentielle. Dans la formule, RMO est la résistance à l'isolation mesurée à la température de référence T0; K3 est le coefficient de température de type I. De même, la formule ci-dessus peut également être écrite sous une forme plus pratique et intuitive, K4 = EXP (−K3), qui est un coefficient de température de type II, puis Mo r ≈ r K, barium modifié Titanate Piezoélectrique Hydrophone. Résultats mesurés de la relation entre la résistance à l'isolation et la température ambiante. Les résultats de mesure sont proches des résultats de la simulation, K4 = 0,94 ~ 0,95 / 1 ° C. Les résultats de la simulation et la mesure des résultats de la relation entre la résistance à l'isolation de l'hydrophone en céramique piézoélectrique PZT et la température ambiante sont représentés. Les résultats des tests sont également proches des résultats de la simulation, K4 = 0,90 ~ 0,94 / 1 ° C. La relation entre la résistance à l'isolation de l'hydrophone en céramique piézoélectrique et le temps d'utilisation est irréversible; Sinon, la relation entre la résistance à l'isolation de l'hydrophone en céramique piézoélectrique et de la température ambiante est réversible, c'est-à-dire lorsque la température ambiante revient à sa valeur d'origine, son isolation.

La résistance reviendra également à sa valeur d'origine. La résistance à l'isolation de l'hydrophone varie considérablement avec la température ambiante. Pour chaque augmentation de 11 ° C de la température ambiante, la résistance à l'isolation est réduite d'environ la moitié. Comparé à l'hydrophone en céramique piézoélectrique du titanate de baryum modifié, la résistance à l'isolation de l'hydrophone en céramique piézoélectrique PZT changera davantage avec la température ambiante. Les règles de variation susmentionnées sont différentes pour différents types et différentes spécifications des matériaux en céramique piézoélectrique de différentes structures et différents matériaux de revêtement étanche, qui doivent être déterminés par des expériences. Lorsque vous détermine la RFC standard de défaillance d'un hydrophone en céramique piézoélectrique, la relation entre la résistance à l'isolation de l'hydrophone et la température ambiante doit être pleinement prise en compte. Pour l'équipement avec des exigences de fiabilité élevée, la RFC de l'hydrophone de support doit être déterminée à la température ambiante la plus élevée (par exemple, 30 ° C). Ainsi, lorsque la température ambiante baisse, la résistance à l'isolation de l'hydrophone n'augmentera et n'affectera pas l'utilisation normale.

Le mode principal des hydrophones en céramique piézoélectrique est la réduction de la résistance à l'isolation. Le mécanisme est que les molécules d'eau pénètrent dans la surface et à l'intérieur des composants en céramique piézo à travers le matériau de revêtement étanche et la couche de liaison. La résistance à l'isolation diminue avec l'augmentation du temps d'utilisation et satisfait la loi exponentielle. La résistance à l'isolation diminue à mesure que la température ambiante augmente et répond également à la loi exponentielle. Lorsque la résistance à l'isolation est réduite à un certain niveau, elle aura un impact significatif sur la sensibilité de l'hydrophone, et encore pire dans la gamme de fréquences basse. En pratique, il est pratique de définir le temps moyen de supprimer la résistance à l'isolation moyenne d'un lot d'hydrophones à la norme de défaillance spécifiée. Dans la détermination de la norme de défaut, sur la base de la relation entre la résistance à l'isolation de l'hydrophone et la sensibilité, la relation entre la résistance à l'isolation de l'hydrophone et la température ambiante est pleinement prise en compte, et le retard entre la défaillance de l'hydrophone et la La mise en œuvre du remplacement est trouvée et le défaut est correctement augmenté.