Druckresistantes Hydrophon basierend auf piezoelektrischer Keramik-Kugelschale

Basierend auf dem Druckwiderstand vonPiezoelektrische Keramik KugelDie Schale selbst, ein druckbeständiges.hydrophon, wurde unter Verwendung einer radial polierten Luftträger-piezoelektrische keramische kugelförmige Hülle entworfen und hergestellt. Zunächst wurden die akustischen Eigenschaften wie ein niedrigerer offener Schaltkreis und die Empfindlichkeit und Schwingungsfrequenz analysiert und durch Finite -Elemente -Methode simuliert. Dann wurden die druckresistente Leistung wie Festigkeit und Stabilität analysiert und auch mit der Fe-Software simuliert. Die Testergebnisse zeigen, dass der Durchmesser des druckresistenten Hydrophons 36 mm und sein Arbeitsfrequenzbereich zwischen 50 Hz bis 10 kHz beträgt. Die Niederfrequenzdruckempfindlichkeit beträgt 198: 4 dB (0 dB Ref 1 V/PA), der Rauschspektrumspiegel 46,5 dB bei 1 kHz und seine Arbeitstiefe 3000 m. Dieses druckresistente Hydrophon liefert eine Referenz für die Gestaltung tiefe Wasserhydrophone und weist einen wichtigen Anwendungswert auf dem Gebiet der akustischen Tiefwasser-Akustik auf.

Einleitung

Seit dem Eintritt in das 21. Jahrhundert haben Tiefseeforschung und -entwicklung immer mehr Aufmerksamkeit erhalten und sind zu einem heißen Bereich für den Wettbewerb zwischen den Ländern geworden. Druckresistente Hydrophone sind unverzichtbare Geräte für die Entwicklung von Tiefsee. Darüber hinaus mit der rasanten Entwicklung der Militärtechnologie in verschiedenen Ländern, verschiedenen Unterwasserausrüstungen wie U -Booten, Torpedos, unter Wasser unbemannten Luftfahrzeugen (UUV), Unterwassersieger (UUG), Unterwasserrobotern (ROV), Tauchziele usw. mit zunehmendem Tiefe, diese Tiefwassergeräte müssen normalerweise mit druckresistenten Hydrophonen ausgestattet sein, die ihre Arbeitstiefen erfüllen können. Um den Auswirkungen hoher hydrostatischer Druck standzuhalten, verwenden druckresistente Hydrophone normalerweise spezielle druckresistente Strukturen oder interne und äußere Druckausgleichsdesigns wie Druckentlastung oder Druckkompensationsstrukturen, ölgefüllte, Überlaufstrukturen usw. usw. Öl- Öl- Öl- Gefüllte und Überlaufstrukturen können theoretisch dem statischen Druck der gesamten Meerentiefe standhalten und sind die am häufigsten verwendeten druckresistenten Strukturen für druckresistente Hydrophone. Die druckresistenten Hydrophone dieser beiden Strukturen verwenden im Allgemeinen piezoelektrische Keramikrohr als Empfangswandler. Dieses piezoelektrische Keramikrohrhydrophon hat die Vorteile einer einfachen Struktur und Technologie, aber auch die Vorteile einer niedrigen Frequenz-Spannungsempfindlichkeit mit niedrigem Frequenz. Nachteile. Das radial polarisierte piezoelektrische Röhrchen ist geschnitten, um die Empfindlichkeit zu verbessern, aber auch das Arbeitsfrequenzband, das nur 10/200 Hz ist, stark vereint. Wenn das Empfangsfrequenzband des piezoelektrischen Keramik -Rohr -Rohrhydrophons in der Nähe seiner Resonanzfrequenz liegt, obwohl die Empfindlichkeit verbessert werden kann, ist das Arbeitsfrequenzband stark begrenzt und die Flachheit der Empfindlichkeitskurve geht verloren. Zusätzlich zu piezoelektrischen Rundrohrwandern werden piezoelektrische kugelförmige Schalenschalenschalen auch häufig verwendet, um Wandler für akustische Druckhydrophone zu empfangen. Der piezoelektrische kugelförmige Schalenwandler hat viele Vorteile wie einfache Struktur und Prozess, hohe Empfindlichkeit, gute Omnidirektionalität und Bandbreite der Arbeitsfrequenz. Noch wichtiger ist, dass die Eigenschaften des Materials und der Struktur bestimmen, dass die piezoelektrische keramische Kugelschale selbst einen hohen Widerstand aufweist. Zusätzlich zur ölgefüllten oder überlaufenden Struktur bietet dies eine weitere Möglichkeit für die Gestaltung druckresistenter Hydrophone, dh die Verwendung eines piezoelektrischen sphärischen Luftschalens als Empfangswandler des druckresistenten Hydrophons.

1 akustische Empfangsmerkmale vonpiezoelektrischer kugelförmiger Schalenwandler

Niedrige Frequenzempfindlichkeit

Eingeschränkt durch Form- und Verarbeitungstechnologie, piezoelektrische keramische kugelförmige Schalen haben normalerweise nur einen Polarisationsmodus: radiale Polarisation, und die positiven und negativen Elektroden sind jeweils auf den inneren und äußeren Oberflächen der Kugelschale. Für einen piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandler mit einem inneren Radius von A und einem äußeren Radius von B, wenn er einem Schalldruck P0 ausgesetzt ist, dessen Frequenz viel niedriger ist als seine intrinsische Frequenz die piezoelektrische kugelförmige Hülle. Die Empfindlichkeit eines Hydrophons wird im Allgemeinen durch das freie Feldempfindlichkeitsempfindlichkeitsempfindlichkeit ausgedrückt. ME ist definiert als das Verhältnis der offenen Kreisspannung am Ausgang des Hydrophons zum Freifeld-Schalldruck an der Position des Hydrophons im Schallfeld. Sein Dezibelformular ist das Freifeld-Empfindlichkeitsempfindlichkeit. . Daher empfängt die niederfrequente Open-Cirtu-Spannungsempfindlichkeit der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle von Luft. Unter der Prämisse, dass das piezoelektrische Material das in diesem Artikel verwendete Material ist, wenn T konstant ist, desto größer B ist, desto größer ist der äußere Durchmesser der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle, desto höher ist die Empfindlichkeit. Wenn B sicher und t 0,36 ist, ist die Empfindlichkeit die kleinste und dieser Punkt sollte im Design vermieden werden. Wenn B sicher ist und T <0:36, desto kleiner t, dh dünner die piezoelektrische kugelförmige Hülle, desto höher ist die Empfindlichkeit.

1.2 Resonanzfrequenz

Für einen dünnen piezoelektrischensphärische Unterwasserschallwandlerin, seine Resonanzfrequenz in der Luft. Es ist ersichtlich, dass die Resonanzfrequenz der dünnen piezoelektrischen kugelförmigen Hülle nur ihr durchschnittlicher Radius R und die Dichte des Materials S, Young's Modul y e11, ist isotropes elastisches Material. Es ist ersichtlich, dass wenn das piezoelektrische Material bestimmt wird, je größer der durchschnittliche Radius r der kugelförmigen Hülle ist, desto höher ist der Resonanzpunkt und je breiter die Arbeitsbandbreite. Bei Wasser, aufgrund der erhöhten Strahlungsimpedanz des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers ist seine Resonanzfrequenz geringfügig niedriger als die Resonanzfrequenz in der Luft. Wenn das piezoelektrische kugelförmige Hydrophon für den Niederfrequenzempfang verwendet wird, um die Flachheit seiner Empfindlichkeit zu gewährleisten, ist seine Arbeitsfrequenz weit weg von seiner Resonanzfrequenz. Im Ingenieurwesen ist es im Allgemeinen erforderlich, dass seine Resonanzfrequenz mindestens das Fünffache der oberen Grenze der Arbeit beträgt.

2 Analyse der Druckwiderstandsleistung des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers

Die Versagensmodi von druckresistenten Strukturen umfassen hauptsächlich Festigkeitsversagen, Steifigkeitsausfall, Stabilitätsausfall und Korrosionsversagen. Bei großen Tiefenhydrophonen ist die Last, die sie trägt, hauptsächlich externer Wasserdruck, und ihre Fehlermodi sind hauptsächlich Festigkeitsausfälle und Stabilitätsausfälle. Die beiden Versagenssituationen des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers werden nachstehend diskutiert.

2.1 Analyse der Stärkeversagen

Festigkeitsfehler bezieht sich auf das Phänomen, dass eine irreversible Verformung oder Fraktur nach der maximalen Spannung im Behälter die Streckgrenze überschreitet, wodurch der Behälter seine Kapazität verliert. Entsprechend dem Festigkeitsfehler ist der maximal zulässige Druck des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers. Gemäß der momentfreien Theorie der rotierenden Hülle erzeugt die Kugelschale unter der Wirkung des äußeren Drucks P eine axiale Zugspannung Z und die Reifenzugspannung, und die beiden sind gleichwertig. Unter ihnen befindet sich D0 außerhalb des kugelförmigen Schalendurchmessers, das Gerät ist MM; Ist die Dicke der Kugelschale, die Einheit ist mm. Nach der Theorie der maximalen Hauptspannung muss das druckresistente Strukturdesign erfüllt sein. Unter ihnen ist der zulässige Stress. Laut dem nationalen Standard -Standard -GB 150,3 meines Landes ist der Sicherheitsfaktor für die materielle normale Normaltemperaturstärke NS = 1: 5. Die normale Temperaturertragsfestigkeit des piezoelektrischen Keramikmaterials P-51, das in der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle verwendet wird, ist rel = 137: 9 MPa, sodass die zulässige Spannung des Materials [] = rel/ns = 91: 9 MPa. Der Parameter t ersetzen, der maximal zulässige Druck des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers kann erhalten werden Fähigkeit.

2.2 Analyse des Stabilitätsausfalls

Stabilitätsausfall bezieht sich auf das Phänomen, dass der Container von einem stabilen Gleichgewichtszustand zu einem anderen instabilen Zustand unter der Wirkung der externen Belastung ändert, und seine Form ändert sich plötzlich und verliert seine normale Arbeitsfähigkeit. Entsprechend dem Stabilitätsausfall ist der kritisch zulässige Druck des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers. Nach der Theorie der geringen Verformung hat die kritische Instabilitätsdruck -PCR der kugelförmigen Hülle unter externer Kraft einen großen Fehler für diese Formel, sodass häufig ein großer Sicherheitsfaktor zum Ausgleich verwendet wird. Gemäß GB 150.3 wird der Stabilitätssicherheitsfaktor als M = 14:25 angenommen, sodass der zulässige kritische Druck für die Umfangsinstabilität [p] = pcr/m. Wenn der Parameter t auf die gleiche Weise ersetzt wird, ist der zulässige kritische Druck für die Umfangsinstabilität des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers leicht zu wissen. Wenn das piezoelektrische Material bestimmt wird, desto größer ist das Verhältnis t der kugelförmigen Schalendicke zum äußeren Durchmesser, desto größer ist der Druck der Stabilität und der Druckwiderstand der elektrischen Kugelschale stärker.

3 Finite -Elemente -Simulation

Aus der obigen Analyse für die Empfindlichkeit und Arbeitsfrequenz der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle, desto größer ist der äußere Durchmesser, desto dünner desto besser; und für seinen Druckwiderstand, je kleiner der äußere Durchmesser, dicker die Dicke dicker. es ist gut. Das heißt, die akustische Leistung und die Druckwiderstandsleistung sind gegenseitig abgelehnt. In Anbetracht der Anforderungen der akustischen Leistung und des Druckwiderstands sowie der Schwierigkeit und der Kosten der kugelförmigen Schalenverarbeitung (normalerweise umso größer ist die Kosten der Verarbeitungsschwierigkeit, je größer der äußere Durchmesser ist, ist der äußere Radius umso größer und desto höher) Das Design sphärischer Schale B = 15 mm, Dicke = 3 mm. Das in der kugelförmige Hülle verwendete piezoelektrische Material ist p-51, sein piezoelektrischer Koeffizient G33 = 25: 6 10 3 V m/n, G31 = 9: 6 10 3 V m/n, Dichte S = 7600 kg/m3, junger Modulus Y e11 = 6: 0 1010 pa, Poisson -Verhältnis = 0:36.

3.1 Simulation der akustischen Eigenschaften der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle

Um die Richtigkeit der Analyse der akustischen Empfangsmerkmale des piezoelektrischen kugelförmigen Shell -Wandlers zu überprüfen, wird die Finite -Elemente -Analysemethode verwendet, um sie zu modellieren und zu simulieren, und die Simulationssoftware comsol5.4 wird verwendet.

3.1.1 Empfindlichkeitssimulation erhalten

Erstellen Sie zunächst ein dreidimensionales kugelförmiges Shell-Strukturmodell. Um die Modellierungsgeometrie zu vereinfachen und die Lösung zu beschleunigen, erstellt das Modell nur 1/8 piezoelektrische kugelförmige Schalen und verwendet 3 Ebenensymmetriebeschränkungen, um eine vollständige kugelförmige Hülle zu erreichen. Erstellen Sie ein piezoelektrisches materielles Radialpolarisationskoordinatensystem in kugelförmigen Koordinaten und verwenden Sie die Materialparameter von piezoelektrischem Material P-51. Stellen Sie die Grenzlast auf den Druck von 0,1 MPa auf die Außenoberfläche und keinen Druck auf die innere Oberfläche ein. Durch die Durchführung der Frequenzdomänenanalyse wird sie als stationäres Problem gelöst. Abbildung 2 zeigt die Simulationsergebnisse der potenziellen Verteilung der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle, wenn sie einem Druck mit einer Frequenz von 500 Hz und einem Druck von 0,1 MPa ausgesetzt werden.

Die Größe und die Materialparameter der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle in die Formel ersetzen

Die Ausgangsspannung beträgt 11,646 V. Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass, wenn die piezoelektrische kugelförmige Hülle einem Schalldruck von 0,1 MPa bei 500 Hz ausgesetzt ist Wert. Zu dieser Zeit beträgt die Empfindlichkeit 198,7 dB bei 500 Hz (0 dB = 1 V/ PA).

3.1.2 Resonanzfrequenzsimulation

Das Folgende verwendet auch die Finite -Elemente -Simulationsmethode, um die Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Keramik -Kugelschale zu simulieren, und das Simulationsfrequenzband beträgt 1 Hz/200 kHz. Zunächst wird das Material der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle in ein isotropes elastisches Material vereinfacht, und die Frequenz -Sweep -Analyse wird darauf durchgeführt, und die Frequenzgangkurve seiner Deformation ist in Abbildung 3 dargestellt. Nach der Formel (3), dem Resonant Die Frequenz FA der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle in der Luft wird mit 58,557 kHz abgeleitet. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der simulierte Wert der Resonanzfrequenz 58,9 kHz beträgt, was im Grunde mit dem theoretischen Wert übereinstimmt. Es ist zu beachten, dass die Formel (3) nur eine vereinfachte Berechnung für die isotrope dünne kugelförmige Hülle ist, und das piezoelektrische kugelförmige Schalenmaterial ist nicht isotrop, und die Dicke ist relativ dick. . Wenn die vollständigen Parameter der piezoelektrischen Keramik eingesetzt werden, ist die Frequenzgangskurve der offenen Schaltungsspannungsempfindlichkeit in Abbildung 4 dargestellt. Aus Abbildung 4 ist er gesehen, dass im 1 -Hz -Frequenzband von 1 Hz 10 kHz die Empfindlichkeitskurve der Empfindlichkeitskurve der Die piezoelektrische Kugelschale ist sehr flach, mit einer Empfindlichkeit von 198,7 dB, was mit der theoretischen Analyse übereinstimmt. Die Resonanzfrequenz beträgt 72,1 kHz, was etwas größer ist als das Berechnungsergebnis der Formel (3), wirkt sich jedoch nicht auf die Gültigkeit der Formel in technischen Anwendungen aus. Da der relevante Dämpfungskoeffizient des piezoelektrischen Materials nicht erhalten werden kann, werden der Flexibilitätsmatrixverlustfaktor und der piezoelektrische Matrixverlustfaktor im Modell auf 0 eingestellt 155 dB, in der Tat sollte die Empfindlichkeit geringer sein als dieser Wert.

3.2 Simulation der Druckresistenzleistung vonPiezoelektrische kugelförmige Hülle

Die theoretische Berechnungsformel des Druckwiderstands in Abschnitt 2 ist eine vereinfachte Formel, die zur Bequemlichkeit der technischen Anwendung zusammengefasst ist, und die tatsächliche piezoelektrische kugelförmige Hülle werden aufgrund der Installationsanforderungen geöffnet, was dazu führen kann, theoretische Berechnungsergebnisse. Um die Druckfähigkeit des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers so genau wie möglich zu erhalten, wurden die statische Struktursimulation und die Eigenwert -Knicksimulation durch die Finite -Elemente -Analyse -Software -Workbench durchgeführt.

3.2.1 Strukturstatische Simulation

Die statische statische Simulation kann die Spannungsverteilung während der gesamten Struktur erhalten, wenn die Struktur unterlastet ist. Daher ist die maximal zulässige Spannung des bekannten Materials

Der maximal zulässige Druck, den er tragen kann, kann simuliert werden. Es wird ein dreidimensionales Modell der kugelförmigen Schale festgelegt, und auf das kugelförmige Schalenmodell werden Montaglöcher eingestellt. Die kugelförmige Hülle übernehmen

Die Hexaeder -Methode wird verwendet, um das Netz zu teilen, und die Rollenträger werden auf der zylindrischen Oberfläche und der unteren Ebene des Montageslochs eingestellt, und der Druck wird auf die äußere Oberfläche des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers ausgeübt.

Ändern Sie ständig die Größe des Drucks und führen Sie strukturelle statische Analysen darauf durch. Die Simulation ergab, dass der auf der Außenoberfläche ausübene Druck 28 MPa erreicht, der piezoelektrische

Die maximale Spannung der Kugelschale beträgt 151 MPa, und ihre Spannungsverteilung ist in Abbildung 5 dargestellt (um die Beobachtung der inneren Spannung zu erleichtern

Zeigen). Es ist zu beachten, dass die maximale Spannung nur an der Grenzlinie des Filetes am Montageloch auftritt, und die maximale Spannung an den verbleibenden anderen Stellen ist geringer als diese

Die sichere zulässige Spannung des piezoelektrischen Materials beträgt 91,9 MPa, so Und die Wurzel

Gemäß der Formel (6) kann der maximal zulässige Druck des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers als 36,8 MPa erhalten werden. Es ist ersichtlich, dass die Druckfestigkeit der kugelförmigen Hülle nach der Perforation niedriger ist als die der vollständigen

Die theoretische Stärke der gesamten kugelförmigen Hülle. In der Simulation übersteigt das an einigen Stellen am Montageloch erscheinende Spannungskonzentrationsphänomen die zulässige Sicherheitsspannung, und ob es den Druckwiderstand der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle beeinflusst, muss durch den Drucktest überprüft werden.

3.2.2 Eigenwert -Knick -Simulation

Die Eigenwert-Knicksimulation kann die Knickmodi von Dünnschalenstrukturen und ihre entsprechenden kritischen Knickdrücke erhalten. Ein Druck von 1 MPa wurde auf die äußere Oberfläche des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers ausgeübt, und seine Eigenwert -Knickanalyse wurde durchgeführt. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der Knickmodus erster Ordnung in Abbildung 6 und die Wellenzahl erster Ordnung n = 4 dargestellt ist, was mit den Instabilitätseigenschaften der kugelförmigen Hülle übereinstimmt. Der Knicklastfaktor erster Ordnung beträgt 3379, daher beträgt die kritische Last erster Ordnung 3379 MPa. Da die erste Ordnung der niedrigste Wert der Knicklast ist, bedeutet dies, dass die piezoelektrische kugelförmige Schalenstruktur erst dann stabil ist, wenn der theoretische Druck 3379 MPa erreicht. Nach der Formel (7) kann der kritische Druck der Umfangsinstabilität des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers als 2970 MPa erhalten werden, was im Grunde mit den Simulationsergebnissen übereinstimmt. Die Ergebnisse der Finite -Elemente -Simulation zeigen, dass der maximal zulässige Druck des piezoelektrischen kugelförmigen Schalenwandlers 28 MPa beträgt und der kritische Knickdruck 3379 MPa beträgt, was darauf hinweist Das Energiesorte ist Festigkeitsausfall, was auch zeigt, dass seine sichere Standspannungstiefe 2800 m beträgt.

4 Entwicklungs- und Leistungstest des kugelförmigen Druckhydrophons

4.1 Entwicklung des kugelförmigen druckresistenten Hydrophons

In diesem Papier war ein radial polarisierter Luftverbindungpiezoelektrischer kugelförmiger Schalenwandlerwird als akustischer Empfangssensor verwendet, und ein kugelförmig druckresistenter Hydrophon wird entwickelt und hergestellt. Der äußere Radius der im sphärisch druckresistenten Hydrophon verwendeten piezoelektrischen kugelförmigen Hülle beträgt 15 mm, die Dicke der kugelförmigen Schale beträgt 3 mm und das für die kugelförmige Schale verwendete piezoelektrische Keramikmaterial ist p-51. Die Innenseite der piezoelektrischen kugelförmigen Hülle ist ein Hohlraum, und die äußerste Schicht ist mit einer Schicht aus Schalldurchlässigkeit aufgetaucht, um zu isolieren, zu versiegeln und zu schützen. Die Dicke des schalldurchführbaren Gummi beträgt 3 mm. Das physikalische Objekt eines kugelförmigen druckresistenten Hydrophons. Der Durchmesser des gesamten Hydrophons beträgt 36 mm.

4.2 Leistungstest des kugelförmigen Druckhydrophons

4.2.1 Empfindlichkeitstest erhalten

Das fertige kugelförmige druckresistente Hydrophon wird in ein stehendes Wellenrohr platziert, und seine niedrige Frequenz-Empfindlichkeitsempfindlichkeit wird nach der Vergleichsmethode getestet. Ballresistent

Das Druckhydrophon und das Standardhydrophon werden gleichzeitig in der gleichen Höhe im stehenden Wellenrohr aufgehängt, wodurch die Emissionsfrequenz der Quelle der Stehwellenrohr und gleichzeitig aufgenommen wird

Durch die Vergleichsmethode die Empfindlichkeit der Empfindlichkeit dersphärischer Druckresistanthydrophonwird erhalten. Das verwendete stehende Wellenrohr kann nur eine Kombination von 50 1000 Hz erzeugen

Stehwelle der Netzwelle, so dass das Messfrequenzband diesmal 50 1000 Hz beträgt. Die gemessenen Ergebnisse der Empfindlichkeitskurve des kugelförmigen druckresistenten Hydrophons sind in Abbildung 8 dargestellt. Durch

Das Testergebnis zeigt, dass die Empfindlichkeit des kugelförmigen druckresistenten Hydrophons im 50 1000-Hz-Frequenzband etwa 198,4 dB beträgt, was im Grunde mit dem theoretischen Wert übereinstimmt. in

Im Bereich von 50 1000 Hz liegt die Empfindlichkeitsschwankung nicht über 0,5 dB. Das stehende Wellenrohr kann nur unter 1 kHz kalibriert werden. Für das 1 kHz bis 10 kHz Frequenzband wird die Messung in einem anechoischen Tank durchgeführt. Setzen Sie das fertige kugelförmige druckresistente Hydrophon und das Standardhydrophon in die gleiche Position des anechoischen Tanks. Verwenden Sie die Schallquelle, um Einzelfrequenzsignale unterschiedlicher Frequenzen zu spielen, und verwenden Sie die Vergleichsmethode, um die Empfindungsemesslichkeit zu vervollständigen. Die gemessenen Ergebnisse der Empfindlichkeitskurve des kugelförmigen druckresistenten Hydrophons bei 1 kHz und 10 kHz sind in Abb. 9 gezeigt 1 kHz und 10 kHz sind etwa 198 dB, was im Grunde mit dem theoretischen Wert übereinstimmt. Im Bereich von 1 kHz bis 10 kHz überschreitet die Empfindlichkeitsschwankung 1,4 dB nicht.

4.2.2 Self-Noise-Test

Um sicherzustellen, dass das Hydrophon schwache Schallsignale aufnehmen kann, muss das Hydrophon eine niedrigere äquivalente Selbstnutzung aufweisen. Kugeldruckhydrophon

Es wird in einem Vakuumtank mit elektromagnetischer Abschirmung, Dämpfung und Vibrationsreduktion platziert, und der Selbstnacholisprüfung wird auf der BK-3050-Signalerfassungskarte mit extrem geringem Rauschen durchgeführt.

Das äquivalente Selbst-Noise-Spektrum des kugelförmigen druckresistenten Hydrophons ist in der roten durchgezogenen Linie in Abbildung 10 dargestellt zusammengefasst von Kundson [9]. Laut der Kundson -Kurve beträgt der Ozean -Hintergrundgeräusch unter Seezustand 0.Der Schallspektrumspiegel etwa 44 dB bei 1 kHz. Es ist zu beachten, dass diese Daten 1948 ein Forschungsergebnis sind. In den letzten Jahren als globaler Versand

Mit schneller Entwicklung steigt der Hintergrund von Ozean von Jahr zu Jahr. Die blau gepunktete Linie in Abbildung 10 ist der Hintergrundgeräuschspektrum des Südchinesischen Meeres im Jahr 2013 bei Stufe 0 Sea Bedingungen. entspricht dem Stufe 0 Sea State im Bereich von 10 1500 Hz. Das Szenengeräusch ist etwas höher als der Stufe des Meeresstaates im Meeresstaat Ozean im Bereich von 1500 5000 Hz. Sein äquivalentes Selbst-Nr-Spektrum bei 1000 Hz. Das Level beträgt 46,5 dB.

4.2.3 Spannungsleistungstest standhalten

Um die Druckwiderstandsfähigkeit der Druckwiderstand zu überprüfensphärischer DruckresistanthydrophonEine Probe des sphärischen druckresistenten Hydrophons wurde für einen Drucktest in einen Autoklaven gebracht. Um die Sicherheit zu gewährleisten, wird das Testsystem mit Hochdruckwasser unter Druck gesetzt. Nach der vorherigen Analyse beträgt seine sichere Druckwiderstandskapazität 28 MPa, was unter dem 1,5 -fachen Sicherheitsfaktor liegt

Das erzielte Ergebnis, das heißt, seine theoretische endgültige Druckfähigkeit beträgt 42 MPa. Um Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit auszugleichen, ist hier abgerundet

30 MPa zum Testen. Während des Tests drücken Sie zunächst 30 MPa, halten Sie den Druck 3 Stunden lang, luhen Sie den Druck ab und überprüfen Sie das Hydrophon. Drücken Sie dann erneut 30 MPa und wiederholen Sie den Test dreimal. Während des gesamten Druckverfahrens trat kein signifikanter Druckabfall auf. Überprüfen Sie nach jeder Druckung das zu testende Hydrophon. Das Aussehen ist nicht beschädigt. Das Wiegen ist vor und nach dem Test konsistent. Dann wird die Empfindlichkeit im stehenden Wellenrohr erneut getestet. Das Testergebnis zeigt, dass die Empfindlichkeit im Grunde genommen der Empfindlichkeit vor der Druckaufnahme entspricht. Dies beweist, dass es 3000 m Wasserdruck standhalten kann.

5. Schlussfolgerung

In diesem Artikel wird eine Kombination aus theoretischer Formel und Finite-Elemente-Simulation verwendet, und die piezoelektrische kugelförmige Schalenstruktur und das Material haben die Druckwiderstandsfunktion, und der radial polarisierte Luft-Backed Piezoelektrische kugelförmige Schalenwandler wird als akustischem empfindungsempfindliches Element verwendet. Und machte ein kugelförmiges druckresistenter Hydrophon. Der Durchmesser des sphärischen druckresistenten Hydrophons beträgt 36 mm, das Arbeitsfrequenzband beträgt 50 Hz 10 kHz, die niederfrequente Empfindlichkeit beträgt 198,4 dB, die äquivalent ist 3000 m. Das in diesem Papier verwendete piezoelektrische kugelförmige Schalenschema mit Luftverbindung hat eine bestimmte Druckwiderstandskapazität unter dem Zustand hoher Empfindlichkeit erhalten. Wenn die Druckwiderstandstiefe kontinuierlich verbessert werden soll, muss die Empfindlichkeit auf Kosten verloren gehen. Diese Lösung kann einen relativ begrenzten Druckwiderstand erreichen. Wenn das Hydrophon eine größere Druckresistenz (z. B. die volle Meerentiefe) erhalten muss, ist es besser, eine ölgefüllte oder überlaufende Lösung zu wählen.