圆环换能器故障成因评判的实验设计
设备故障诊断实验报告2
《设备故障诊断》实验报告专业班级： 控制工程信研****姓 名： ****学 号： 2013210***2013年12月 23 日实验二 滚动故障模拟实验一、简述实验目的、要求与过程1、实验目的了解轴承故障诊断时特征频率的测试方法了解故障诊断时，传感器的安装方式对信号的影响了解故障诊断时信号的调制解调过程2、要求实验过程中注意安全观察轴承故障时的特征频率3、实验过程1 将内圈故障的轴承固定在实验设备上，给定转速，让转子在规定转速下转动，观察各项观测指标。
2 将外圈故障的轴承固定在实验设备上，给定转速，让转子在规定转速下转动，观察各项观测指标3 观察特征频率的表现形式4 观察传感器在不同安装方式下测量得到的信号，分析安装方式的好坏。
二、主要实验设备轴承故障诊断实验台三、思考分析1、滚动轴承基于振动分析常用的时域、频域诊断方法？轴承故障诊断常用的诊断方法有有效值与峰值判别法、峰值系数法、俏度指标法、冲击脉冲法、共振解调法、频谱分析法、倒频谱分析法。
2、检测滚动轴承故障传感器的如何选择及固定方式？并说明依据。
传感器安装部位往往选择轴承座部位，并按信号传动的方向选择垂直、水平轴向布置。
当传感器有数量限制是，尽量采集竖直方向上的振动信号。
由于重力的存在，竖直方向上的振动包含更多的信息，能更好的反映振动的状态。
传感器最佳固定方式是用螺丝固定在振动面上，如果条件不允许也可以用磁铁吸附在振动平面上。
总之，传感器应与振动平面的相对振动尽可能的小，这样传感器测量得到的振动信号才能真实反映振动平面的振动。
3、正常滚动轴承的振动特征和故障轴承振动信号特点正常滚动轴承振动表现为单一的周期信号。
故障轴承表现不同幅值与周期信号的叠加4、实验结果分析第二组数据A组轴承型号：NU205EM 滚动体数：13，滚动体直径：7.493mm，节圆直径：38.989mm，接触角：0度轴承内圈转速1200rpm，外圈静止由公式计算可得内圈旋转频率 f1 = 20Hz保持架旋转频率 f2 = 8.08Hz滚动体自传频率 f3 = 50.11Hz保持架通过内圈频率 f4 = 11.92Hz滚动体通过内圈频率 f5 = 154.98Hz滚动体通过外圈频率 f6 = 105.02Hz由此判断故障类型为内圈故障。
模电实验故障的检查与处理方法
实验故障分析与排除技巧一、实验目的与要求1、通过实验，学会使用万用表或示波器检测关健点电压的方法，分析判断故障所在。
2、通过实验，学会使用信号发生器或示波器快速确定故障范围。
3、通过分析、处理故障，可以提高分析、解决问题的能力。
二、实验中常见的实验故障及产生的原因所谓电路“故障”，是指电路对给定的输入不能给出正常的输出响应，此则电路认为有故障。
例如，在模拟电路中，静态工作点异常、电路输出波形反常、负载能力差、电路自激振荡等。
实验中产生故障的原因是多种多样的，有些是人为因素引起的，有些则是设计、工艺和环境条件引起的。
一个新装电路的故障，主要是人为因素造成的。
实验中发生故障的原因大致有以下几种：1、器件与连接（1）用错了器件或选错了标称值。
（2）元器件引脚接错，如二极管、三极管、稳压管和电解电容的极性接反或集成电路引脚插反。
（3）连接线接错、开路、短路（线间或对地等）。
（4）元器件或连接线损坏或接触不良。
（5）在同一个测量系统中有多点接地或接地不合理。
（在同一个测量系统中只能有一个接地点。
）2、仪器设备（1）仪器自身工作状态不稳定或已损坏。
（2）超出了仪器的正常工作范围。
（3）测试线损坏或接触不良。
（4）仪器旋钮由于松动而错位，偏离了正常的位置。
3、操作不当当仪器设备正常且电路连接准确无误，而测量结果与理论值不符合或出现了不应有的误差时，往往问题出在操作不当上。
（1）未严格按照操作规程程使用仪器。
（2）测量数据时连接成错误的测试实验系统（3）采用了不正确的测试方法。
（4）无根据的盲目操作。
三、故障处理的一般步骤发现一个电路有无故障，一般不是很难，难的是确诊故障的原因和部位。
一旦找出故障的原因和部位，那么，排除故障就比较容易了。
排除故障不外乎是更换元器件和更改连线等。
要寻找故障部位一般有直观检查法、电阻测量法、电流测量法、电压测量法和信号注入法等。
简单的电路可采用以下的简易故障诊断法：1、先诊断故障部位在哪一级模块。
高频超声腔内换能器的设计和性能验证
高频超声腔内换能器的设计和性能验证从医学影像检查到工业无损检测，超声技术的应用越来越广泛，而高频超声腔内换能器的设计和性能验证是其中至关重要的一环。
本文将重点介绍高频超声腔内换能器的设计原理、构造、性能验证方法以及相关技术进展。
一、高频超声腔内换能器的设计原理高频超声腔内换能器是一种将电能转化为声能的装置，其设计基于压电效应。
当施加电压时，压电晶体会发生尺寸变化，产生声波。
而高频超声腔内换能器主要由压电片、振动片和保护层等组成。
压电片是最核心的部分，负责将电能转化为声能的过程。
振动片则负责放大和辐射声波，并通过保护层保护换能器的结构。
在设计高频超声腔内换能器时，需要考虑的因素包括换能器的工作频率、工作模式、材料选择和结构设计等。
工作频率主要根据应用需求确定，常见的高频超声腔内换能器工作频率在1-100 MHz范围内。
工作模式可以分为共振型和非共振型，共振型换能器具有较高的能量转换效率，而非共振型换能器则更加灵活适用于不同的应用场景。
材料选择主要考虑压电材料的性能，如压电系数、介电常数等。
结构设计关乎换能器的灵敏度、输出功率等性能。
二、高频超声腔内换能器的构造高频超声腔内换能器的构造多种多样，不同的设计可以满足不同的应用需求。
例如，线性阵列换能器适用于高分辨率成像，其由多个换能器组成，可以实现多普勒成像和三维成像等功能。
而扇形阵列换能器则适用于心脏和血管检查，其特点是成像范围广，适用于大面积扫描。
除此之外，还有环形阵列换能器、单晶换能器等多种构造形式可供选择。
在构造设计中，需要考虑的因素包括换能器尺寸、通道数、接口类型等。
换能器的尺寸通常要满足对目标物体进行精确成像的要求，同时也需要考虑可植入性等因素。
通道数多少直接影响了换能器的成像质量，通常通道数越多，成像质量越高。
接口类型则根据设备的连接要求来确定。
三、高频超声腔内换能器的性能验证为了保证高频超声腔内换能器的性能和可靠性，需要进行一系列的性能验证实验。
开关电源环路稳定的实验方式方法
开关电源环路稳定的实验方式方法6.5 开关电源环路稳定的试验方法前面频率特性分析方法是以元器件小信号参数为基础，同时在线性范围内，似乎很准确。
但有时很难做到，例如电解电容ESR不准确且随温度和频率变化；电感磁芯磁导率不是常数，还有由于分布参数或工艺限制，电路存在分布参数等等，使得分析结果不可能完全吻合，有时甚至相差甚远。
分析方法只是作为实际调试的参考和指导。
因此，在有条件的情况下，直接通过测量运算放大器以外的环路的频率响应，根据6.4节的理论分析，利用测得的频率特性选择Venable误差放大器类型，对环路补偿，并通过试验检查补偿结果，应当说这是最直接和最可靠设计方法。
采用这个方法，你可以在一个星期之内将你的电源闭环调好。
前提条件是你应当有一台网络分析仪。
6.5.1 如何开环测试响应桥式、半桥、推挽、正激以及Buck变换器都有一个LC滤波电路，输出功率电路对系统性能影响最大。
为了讨论方便，以图6.31为例来说明测试方法，重画为图6.48(a)。
电路参数为：输入电压115V，输出电压为5V，如前所述，滤波电感和电容分别为L=15μH，C=2600μF，PWM控制器采用UC1524,它的锯齿波幅值为3V，只用两路脉冲中的一路，最大占空比为0.5。
为了测量小信号频率特性，变换器必须工作在实际工作点：额定输出电压、占空比和给定的负载电流。
从前面分析知道，如果把开关电源看着放大器，放大器的输入就是参考电压。
从反馈放大器电路拓扑来说，开关电源的闭环是一个以参考电压为输入的电压串联负反馈电路。
输入电源的变化和/或负载变化是外界对反馈控制环路的扰动信号。
取样电路是一个电阻网络的分压器，分压比就是反馈系数，一般是固定的（R2/(R1+R2)）。
参考电压（相应于放大器的输入电压）稳定不变，即变化量为零，输出电压也不变(5V)。
如上所述，所有三种误差放大器都有一个原点极点。
在低频闭环时，由于原点极点增益随频率减少而增高（即在反馈回路电容）在很低频率，有一个最大增益，由误差放大器开环增益决定。
机械故障诊断技术实验报告
课程名称：机械故障诊断技术院系：机械工程系学号：20107150姓名：龚华德指导教师：李奕璠西南交通大学峨眉校区西南交通大学峨眉校区实验报告课程名称：机械故障诊断技术实验实验名称：转子实验台综合实验 指导教师：李奕璠 学 号：20107150 班级：机制1班 姓名：龚华德 实验日期：2013年10月 16日 成绩：实验报告要求：1.简述上述每个实验目的和原理。
答、（1）转子实验台底座振动测量目的和原理对于多功能转子实验台底座的振动，可采用加速度传感器和速度传感器两种方式进行测量。
将带有磁座的加速度和速度传感器放置在试验台的底座上，将传感器的输出接到变送器相应的端口，再将变送器输出的信号接到采集仪的相应通道，输入到计算机中。
启动转子试验台，调整转速。
观察并记录得到的振动信号波形和频谱，观察改变转子试验台转速后，振动信号、频谱的变化规律。
（2）实验台转速测量目的和实验对于多功能转子实验台转速，可以分别采用光电转速传感器和磁电转速传感器进行测量。
1）采用光电传感器测量：将反光纸贴在圆盘的侧面，调整光电传感器的位置，一般推荐把传感器探头放置在被测物体前2～3cm ，并使其前面的红外光源对准反光纸，使在反光纸经过时传感器的探测指示灯亮，反光纸转过后探测指示灯不亮（必要时可调节传感器后部的敏感度电位器）。
当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。
通过测出这个跳变图2、速度传感器振动测量频率f，就可知道转速n。
编写转速测量脚本，将传感器的信号将通过采集仪输入到计算机中。
启动转子试验台，调节到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行多次测量。
2）采用磁电传感器测量：将磁电传感器安装在转子试验台上专用的传感器架上，使其探头对准测速用15齿齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm。
在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。
电路故障分析实验报告
电路故障分析实验报告电路故障分析实验报告引言：在电子工程领域，电路故障的分析和排除是一项非常重要的任务。
通过分析故障原因，我们能够更好地理解电路的工作原理，并提高故障排除的能力。
本实验旨在通过实际操作和实验数据的收集，深入研究电路故障分析的方法和技巧。
实验目的：1. 学习电路故障分析的基本原理和方法；2. 掌握使用仪器设备进行电路故障分析的技巧；3. 提高解决电路故障的能力。
实验器材和材料：1. 电路板；2. 电源；3. 多用电表；4. 示波器；5. 电阻、电容、电感等元件。
实验过程：1. 连接电路板和电源，确保电路板正常工作。
2. 使用多用电表测量各个元件的电阻、电容和电感值。
3. 使用示波器观察电路中的波形，记录并分析波形的特点。
4. 逐一检查电路中的元件，查找可能存在的故障点。
5. 使用替代元件进行替换，以验证故障点的准确位置。
6. 对疑似故障点进行进一步的测试和分析，确定故障原因。
实验结果：在本次实验中，我们遇到了一个电路无法正常工作的问题。
经过仔细的分析和排查，我们发现其中一个电容元件出现了故障。
通过替换故障电容，电路恢复了正常工作状态。
实验讨论：在电路故障分析中，正确的方法和技巧至关重要。
首先，我们需要对电路的工作原理和各个元件的特性有一定的了解。
其次，我们应该善于使用仪器设备进行测量和观察，以获取准确的实验数据。
最后，我们需要进行逻辑推理和实验验证，以确定故障原因和位置。
在本次实验中，我们采用了逐一排查的方法，通过对电路中各个元件的检查和替换，最终找到了故障点。
这个方法在实际工程中也是常用的。
然而，在复杂的电路中，故障点的确定可能会更加困难。
此时，我们可以借助故障分析仪器和软件，如频谱分析仪、热成像仪等，来辅助故障分析。
结论：通过本次实验，我们深入了解了电路故障分析的方法和技巧。
通过实际操作和实验数据的收集，我们提高了解决电路故障的能力。
电路故障分析是电子工程师必备的技能之一，只有不断学习和实践，我们才能在实际工作中更好地应对各种电路故障。
电路故障分析实验教学设计
电路故障分析实验教学设计引言电路故障分析是电子工程领域中一项至关重要的技能。
学生通过实际操作电路板，利用仪器设备和相应的测量方法，识别和排除电路中的故障，以维护和修复电路的正常运行。
本文将详细介绍一种电路故障分析实验的教学设计。
1. 实验目标本实验的主要目标是培养学生对电路故障的分析和排除能力，提高他们对电子电路的理论和实践知识的应用能力。
具体实验目标包括：- 掌握电路故障分析方法；- 发现并解决电路中的常见故障；- 熟悉常用仪器设备的使用；- 学习合作和沟通技巧。
2. 实验准备2.1 材料准备准备以下材料：- 电路板和相关元件；- 数字多用表；- 示波器；- 电源供应器；- 迷你型万用表；- 外部元件（电阻、电容、电感等）。
2.2 实验环境搭建确保实验室内拥有适当的电力供应、通风和储存设施。
为实验配置合适的桌面空间和电源插座，确保学生能够安全、方便地操作仪器设备。
3. 实验步骤本实验包括以下步骤：3.1 实验介绍在实验开始前，介绍实验的目标和意义。
向学生解释电路故障分析的重要性，以及如何运用所学到的知识和技能来解决实际问题。
3.2 实验器材和仪器的介绍向学生介绍实验所使用的仪器设备，包括数字多用表、示波器和电源供应器等。
详细解释每个仪器的功能和使用方法，确保学生了解仪器的正确使用方式和注意事项。
3.3 引入实验电路板给学生展示一个电路板，说明电路板上各个元件的作用和连接方式。
让学生对电路板的结构和元件的配置有一个整体的了解。
3.4 电路故障的模拟在电路板中故意引入一些常见的电路故障，例如开路、短路、接触不良等。
向学生解释每种故障的影响和特征，并让他们通过仪器设备观察和测量到这些故障。
3.5 故障分析和排除实验让学生分组进行电路故障分析和排除实验。
每个小组分配一个电路板，要求他们先使用仪器设备进行测量和观察，然后定位和解决故障。
同时，鼓励学生之间的合作和讨论，以促进他们的团队合作和沟通能力。
3.6 实验报告要求学生每个小组完成一个实验报告，包括实验目标、实验步骤、观察结果、故障分析和排除过程，以及实验总结和心得体会。
故障诊断实验报告
六、实验分析1、转子质量偏心故障实验报告要求：画出转子试验台结构；测点安装位置；振动测量系统组成；转子质量偏心故障机理；试验方法、过程；分析实验现象及结果。
解：（1）试验台结构：电动机，驱动器，联轴器，轴，轴承，轴承座，转子，对中调节螺栓，基座，防护罩。
（2）测点安装位置：轴承座上水平、垂直径向。
（3）振动测量系统组成：传感器，采集仪，数据线，放大器，电脑及信号采集分析与处理系统。
（4）转子质量偏心故障机理：图2－1 转子不平衡动力学模型设转子的质量为Ｍ，偏心距为e。
转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，挠度为a，如图2-1所示。
一个具有偏心质量的转子，设其质量集中于C点，考虑到其外阻尼的作用，转子以角速度转动时，其轴心的运动微分方程为：（2－1）其中M为集中质量,C为阻尼，K为系统刚度。
等式右边分别为不平衡产生的离心力F在X轴与Y轴方向的分量。
令，其复数形式的运动方程为（2－2）其中：系统的自然角频率，称为粘滞阻尼因子或称阻尼率，为无量纲。
在(2－2)式中设其特解为代入(2－2)式可得（2－3）因，故有 （2－4）解出|A |、()和轴心对不平衡振动的响应z(t)：（2－5）（2－6）（2－7）其中：，为转子旋转频率。
由式（2－7）可知，振幅和相位响应都只与转速有关，也就说转子不平衡振动特征频率为转子旋转频率。
（5）实验方法、过程：①按实验一步骤布置好测点，连接好测试仪器；②接通电源，采集信号（选择采样频率s f ，且m a x 2s f f ，max f 为信号中频率最高的成分），先示波，采集信号再分析处理；③调整电机转速，改变偏心转子的工作频率，观察其时域波形与频域波形的变化，并做记录。
（6）实验现象及结果分析：1200r/min 正常时域图1200r/min转子不平衡时域图1200r/min转子不平衡时域图2400r/min正常时域图2400r/min转子不平衡时域图2400r/min转子不平衡频域图①当n=1200r/min转子旋转频率f1=1200/60=20Hz, 当n=2400r/min 转子旋转频率f2=2400/60=40Hz;②时域波形呈现为类似简谐振动的波形由于其他振动信号源（松动、不动中、轴承磨损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的正弦波;③振动大小随转速升降变化明显,振动幅值与转速平方成正比;④振动相位稳定，为同步正进动, 同一平面x,y振动相位差90;⑤频域中能量集中于1×频，有突出的峰值，高次谐波分量较小。
旋转机械故障诊断设计
齿轮故障表现为齿面磨损、断齿和齿合不良等。诊断方法包括声音检测、振动分析和润滑油检查等， 以确定齿轮的损伤程度和类型。
案例三：转子不平衡故障诊断
总结词
转子不平衡是旋转机械中常见的故障之 一，可能导致设备振动增大和轴承损伤 。
VS
详细描述
转子不平衡表现为设备振动增大，特别是 在低速时。诊断方法包括振动分析和频谱 分析等，以确定转子的不平衡程度和位置 。
旋转机械故障诊断设计
汇报人： 日期:
目录
• 旋转机械故障诊断概述 • 旋转机械故障诊断方法 • 旋转机械故障诊断系统设计 • 旋转机械故障诊断案例分析 • 旋转机械故障预防与维护策略 • 未来展望与研究方向
01
旋转机械故障诊断概述
旋转机械的定义与重要性
旋转机械定义
旋转机械是指通过旋转运动来完 成工作任务的机械设备，如电机 、泵、风机、压缩机等。
详细描述
逻辑分析诊断法是利用人工智能和专家系统等技术，建立旋转机械的故障诊断模型。该 模型可以根据机器的历史数据、运行状态以及专家经验等信息，进行逻辑推理和判断， 以确定故障的原因和位置。逻辑分析诊断法具有较高的智能化程度和准确性，是未来旋
转机械故障诊断的重要发展方向之一。
03
旋转机械故障诊断系统设计
数据记录与分析
记录设备的运行数据和故障信息， 对数据进行深入分析，找出故障原 因和规律，为预防性维护提供依据 。
快速响应与处理
建立快速响应机制，一旦发生故障 ，立即组织人员进行检查和维修， 缩短停机时间，减少损失。
06
未来展望与研究方向
人工智能与机器学习在旋转机械故障诊断中的应用
深度学习
利用深度学习算法对大量数据进行学习，自动提取故障特征，提 高故障诊断准确率。
实验故障分析与处理
实验故障分析与处理实验中常常会因为种种意想不到的原因而影响电路的正常工作，有可能会烧坏仪表和元器件。
通过对电路故障的分析与处理，逐步提高分析问题与解决问题的能力。
故障的分析需具备一定的理论知识和丰富的实践经验。
一、故障的类型与原因实验故障根据其严重性一般可以分两大类：破坏性和非破坏性故障。
破坏性故障可造成仪器设备、元器件等损坏，其现象常常是某些元器件过热并伴有刺鼻的异味、局部冒烟、发出吱吱的声音或炮竹似的爆炸声等。
非破坏性故障的现象是电路中电压或电流的数值不正常或信号波形发生畸变等。
如果不能及时发现并排除故障，将会影响实验的正常进行或造成损失。
故障原因大致有以下几种：⑴电路连接错误或操作者对实验供电系统设施不熟悉。
⑵元器件参数或初始状态值选择不合适、元器件或仪器损坏、仪器仪表等实验装置与使用条件不符。
⑶电源、实验电路、测试仪器仪表之间公共参考点连接错误或参考点位置选择不当。
⑷导线内部断裂、电路连接点接触不良造成开路或导线裸露部分相碰造成短路。
⑸布局不合理、测试条件错误、电路内部产生干扰或周围有强电设备，产生电磁干扰。
下面我们通过一个实例来分析问题。
在RLC串联谐振实验中，通常保持信号源输出电压一定，改变信号源的频率，用交流毫伏表或示波器监测电阻两端电压，通过监测发现，实验开始时电路中电流随频率升高而增加，后来电流迅速降至很低。
这时，无论如何调节输出信号的频率范围或是改变其它元件的参数，均无法得到谐振现象，这说明的谐振条件无法得到满足。
分析其原因，由于电路中有电流存在，说明电路有可能短路而不是开路，用多用表检查电路中各元器件发现电容器被短路，根据现象判断电容器的短路是在实验过程中造成的。
因为实验时信号源的输出电压取值偏高，而电路的品质因数Q很大，谐振时电容器上的电压可达到信号源电压的Q倍，超过了电容器的耐压值而被击穿。
通过这个例子我们知道，实验前应对电路中的电压、电流的最大值有一个初步的估计，选用元器件时要考虑其额定值，确定测试条件时，应考虑到是否会引起不良的后果。
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第３７卷第５期 ２０１８年１０月 声学技术
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ ＶＯ１．３７．ＮＯ．５
０ｃｔ．．２０１８
圆环换能器故障成因评判的实验设计 李玉伟 ，赵慧 ，王艳 ｆ１．海军驻上海地区水声导航系统军代表室，上海２０１１０８；２．上海船舶电子设备研究所，上海２０１１０８） 摘要：在实际工程中，批量的圆环换能器在工作一段时间后出现侧边打火、绝缘下降的故障现象，为摸清故障出现 的原因，设计了评判故障成因的实验。实验环境模拟换能器的实际工作条件，实验过程中检测圆环换能器的阻抗、 静态电容、绝缘电阻、外观及手感温度等变化情况，然后测试换能器的电声性能，并与正常性能的换能器进行对比。 实验数据和结果表明：圆环换能器出现故障的原因为其在空气中进行大功率发射。 关键词：圆环换能器；故障；圆环碎裂 中图分类号：ＴＢ５３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．３６３０（２０１８）．０５．０５ｌｌ—Ｏ４ ＤｏＩ编码：１０．１６３００￣．ｃｎｋｉ．１０００．３６３０．２０１８．０５．０１８
１ｒ、 ‘ ｎ ● 一 ● ‘ Ｕｅｓｉｇｎ ｏｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｏｒ １ｕｄｇｉｎｇ ｔｈｅ ＣａＵＳｅ 一 一■， 一 一 Ｏｆ ｒｉｎｇ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｆａｉｌｕｒｅ
ＬＩ Ｙｕ．ｗｅｉ ，ＺＨＡＯ Ｈｕ Ⅵ ｆ Ｙａｎ （１．Ｎａｖｙ＇ｓＳｈａｎｇｈａｉＡｒｅａＡｃｏｕｓｔｉｃＮａｖｉｇａｔｉｏｎ ＳｙｓｔｅｍＭｉｌｉｔａｒｙＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＯｆ￣ｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｎｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ａｃｔｕａｌ ｐｒ０ｊｅｃｔｓ，ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｓｉｄｅ—ｆｉｒｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｃｃｕｒｓ ａｆｔｅｒ ａ ｂａｔｃｈ ｏｆ ｒｉｎｇ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｏｒ ａ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｔｉｍｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｊｕｄｇｅ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ，ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｄｅ— ｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘｐｅｆｉ— ｍｅｎｔ，ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ，ｓｔａｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ａｎｄ ｆｅｅｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｎｇ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｏｕｓｆｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏｒｍａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｎｇ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｉｓ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｉｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｍｇ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ｆａｕｌｔ；ｒｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ
０ 引言 圆环换能器是一种常用的水声换能器，一般采 用压电陶瓷圆环作为电声转换元件，具有结构简 单、水平无指向性的特点。圆环换能器广泛应用于 声源、水声通讯系统、水下信标等领域。 圆环换能器存在多个损伤极限，包括电极限、 功率极限、机械极限等，超过任一极限就会损坏换 能器［１】。其中电极限损伤是压电陶瓷元件作为驱动 元件的主要功能障石导【 ，它限制了压电陶瓷能够承 受的最大工作电压。压电陶瓷环的功率极限除了与 本身的材料、工作电压、频率等因素有关以外，还 与工作环境有 。当换能器在空气中发射时，由 于空气的阻抗远小于水的阻抗，换能器的辐射负载
收稿日期：２０１８－Ｏ１—２５；修回日期：２０１８—０３－１８ 作者简介：李玉伟（１９８８一），男，湖北襄阳人，工程师，研究方向为水声 信号处理。 通讯作者：赵慧，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｈｕｉ００９４＠１６３．ｃｏｒｎ
较小，陶瓷环振动幅度较大，可能超出其机械极限， 容易造成陶瓷环碎裂。同时，由于空气中辐射阻较 小，换能器在相同发射电压下输入电功率变大，并 且大部分输入电功率转换为热量，容易导致陶瓷环 发热而引起退极化。 在实际工程中，批量的圆环换能器在工作一段 时间后出现侧边打火、绝缘下降的故障现象，本文 为摸清故障出现的原因，设计了评判故障成因的实 验。实验环境模拟换能器的实际工作条件，实验过 程中检测圆环换能器的阻抗、静态电容、绝缘电阻、 外观及手感温度等变化情况，然后测试换能器的电 声性能，并与正常性能的换能器进行对比。用实验 测得的数据分析圆环换能器出现故障的原因。本文 实验的结果可以为圆环换能器的设计和应用提供参 考，也对其它类型换能器的应用有参考价值。
１ 圆环换能器故障现象基本描述 某圆环换能器的功率元件为２个并联的径向极 ５ｌ２ 化 ＩＵ陶 … 。换能 电容约为３２ ｎＦ，Ｊ 饥檄 芒之 的绝缘ｒ 儿均人Ｊ ２５０ ＭＱ。换仃皂器 作时发射 频脉冲 ｌｊ’：频率范Ｉ＿｝；Ｉ为２０～３０ ｋＨｚ，脉冲钯度为ｌ０ ＩｌｌＳ，川 为ｌ Ｓ， Ｉ Ｉ ＪＩｊ为 １ ５００ ＶｉｉＯ０ Ｖ（峰峰 ）。换ｚ．．，ｔ￣ｔｕ ｑ．Ｉ每次卜水之 会 也 进行 榆，１ ｌ柃时换能器会／２ １＋ ｔ发
２ 一３次，『Ｉ愉 Ｉ， Ｉ’ＩＵ 为．１ ｆ１ Ｉ乜 ；换能器 水Ｊ Ｊ：作约３０ ｌｎ Ｊｎ ＪＪ …水 ，｝｛】ｒ裁仆流
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表１换能器静态电容、绝缘电阻和外观 Ｔａｂｌｅ ｌ Ｓｔａｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｉｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
２ ＾叟障成因评判的 史验设计 为Ｊ 摸ｔｔ． ，￣４６ｊ 叫 换能 … 故障的原１人ｊ， 讣故 成 判的吱验也ｊ ：故 换能器斛 ０、Ｉ 换 能＊ 水，ｆ 平【Ｊ１ ｒ『１ｌ１ｌ，Ｊ发ｑＩｆ 令。
２．１故障换能器解剖 愉测 故 换能 ｝ ｌ＜ｊ－Ｊ支术参数 ，刈故 … ：换能 逊７了Ｊ 『０ 卉 ，』８ 舟０ Ｊ 如Ｊ Ｊ Ｊ朋 ／Ｊ 将换能 ｌ 门 钣 水惭）Ｘ－＋￣Ｉ Ｊｔ ，发现换能器内部ｉ￣ｉ］，ｊｊ Ｉｌｉ陶 瓷 孵裂， 裂缝处仃聚氨 受热变色的现象， 敞发…聚氨酯的焦臭味。
ｌ警１ Ｉ 搬能豁 剐【 Ｆｉｇ １ Ｄｉｓｓｅｃｔｅｄ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｐｉｃｔｕｒｅ
２．２正常换能器在水中和空气中的发射实验 Ｊ 故 ，川 构４１¨『Ｊ、性能克女 ，Ｊ换能 进仃Ｊ 故障 试验。模拟换能器】：作的 境，
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表２换能器静态电容随测试时间的变化 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｔａｔｉｃ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
表３换能器绝缘电阻随测试时间的变化 Ｔａｂｌｅ ３ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃ ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
表４换能器外观及温度随测试时间的变化 Ｔａｂｌｅ ４ Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｘｔｅｒｉｏｒ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗｉｔｈ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｉｍｅ
试验过 ·Ｉ１观察到换能搽Ｉ ｌ＜ｊｆＩＪ！ｌＪ边 ｌ ¨火 现象， ３ ７ｌ ／Ｊ 。