水声换能器及基阵[6篇]

水声换能器及基阵[6篇] 以下是网友分享的关于水声换能器及基阵的资料6篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。 第1篇 水声换能器与基阵的测量 1. 阻抗 水声换能器的阻抗通常是指在水声换能器电端测得的电阻抗，具体是指在某一固定频率下加到换能器输入端的瞬时电压与流入换能器的瞬时电流的复数比，单位为欧姆，用符号Z 表示。 水声换能器的电导纳则是电阻抗的倒数，即指在某一固定频率下流入换能器的瞬时电流与加到换能器输入端的瞬时电压的复数比，单位为西门子，用符号Y 表示。 利用阻抗分析仪可直接测出换能器在串联模式下的电阻抗和并联模式下的电导纳，但该方法通常只用于换能器在小信 1 号状态下的阻抗或导纳测量。 2. 发送响应及声源级 水声发射换能器的发送响应按参考电学量的不同分为发送电压响应、发送电流响应和发送功率响应。 在水下电声测量中，人们通常习惯用分贝来表示某一参量在某一空间点、某一时刻的幅度，相对于一个参考幅度的大小，即所谓级的概念，如声压级、声源级、发送电压响应级、发送电流响应级和发送功率响应级等等。 (1)发送电压响应 换能器发送电压响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m 处的表观声压与加到换能器输入端的电压之比。 (2)发送电流响应 换能器发送电流响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m 处的表观声压与流入换能器的电流之比。 (3)发送功率响应 换能器发送功率响应是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m 处的表观声压的平方与输入换能器的电功率之比。 (4)声源级 发射换能器的发射声源级是指，在指定方向上，离发射换能器有效声中心1m 处的表观声压级。 2 3. 指向性 指向性是指换能器的发送响应或自由场灵敏度随发送或入射声波方向变化的特性，一般用指向性图、指向性因数和指向性指数来表示。 指向性是一个方向的函数，通常用D(θ, φ) 来表示，其中φ是水平角，θ是垂直角。因此指向性图是个空间立体图，而且它又是频率的函数，所以指向性图通常要标明测量的频率和测量平面。在实际测量中，指向性图是二维的，通常是指水平指向性图或垂直指向性图。 如果换能器是互易的，则它的发射指向性图和接收指向性图是相同的，但在高功率状态下，由于非线性的影响，发射指向性图和接收指向性图稍有差异。 指向性图通常要作归一化处理，因为它是任一方向上发送响应或接收灵敏度相对于参考方向(通常为声轴方向)上发送响应或接收灵敏度的变化曲线，即将轴向发送响应或接收灵敏度设为0dB ，再将任意方向上的发送响应或接收灵敏度与轴向发送响应或接收灵敏度的比值随方向的变化用极坐标或直角坐标下的图形表示出来。 指向性图的特征参量通常用波束宽度和最大旁瓣级来表示。 波束宽度指从主轴的最大响应下降3dB (或6dB 、10dB )时左右两个方向的角度，通常称之为下降3dB (或6dB 、 3 10dB )的波束宽度。 最大旁瓣级是指最大旁瓣比主轴的最大响应下降的分贝数。 4. 电声线性范围 发射换能器的输出量与输入量之比保持线性关系的输入量的取值范围称之为换能器的电声线性范围。 通常发射换能器的输出量是指辐射声压，输入量是指输入电压。在直角坐标系中，以输入电压为横坐标，以辐射声压为纵坐标，则换能器的输出量与输入量的关系曲线的直线部分是线性区域，其它部分则为非线性区域。 5. 电声效率 水声换能器的电声效率通过分别测得被测换能器的输入电功率和辐射声功率。 (1)输入电功率 水声换能器的输入电功率通过分别测量加到被测换能器输入端的端电压和流入被测换能器的电流以及电压、电流间的相位差。 (2)辐射声功率 水声换能器的辐射声功率通过分别测量远场d 米处的声压和它的指向性因数。 4 第2篇 一、1-3-2型复合材料矩形线列换能器阵 (1) 矩形线列换能器阵结构 利用1-3-2型复合材料阵元组成的矩形线列换能器阵结构见图1，该线列阵由四片矩形1-3-2复合材料阵元构成，阵元沿直线紧密排列。四个1-3-2型复合材料阵元的外形尺寸、内部结构完全相同，均为25mm×25mm×5mm的矩形薄片，内部结构的每个周期中陶瓷柱截面为0.84mm×0.84mm，环氧树脂宽为0.43mm，陶瓷基底厚为0.5mm。 1-3-2型复合材料矩形线列换能器阵的其它辅助部件包括换能器外壳、背衬、解耦材料、聚氨酯、电极引线和电缆等。其中外壳材料选用金属黄铜，形状为上部敞口的长方体空盒，外形尺寸为114mm×33mm×15mm，四面侧壁厚度为2mm，底座厚6mm，其中开有83mm×4mm×3mm的走线槽。另外，底座中心还有一直径3mm的通孔，用于同轴电缆穿过。外壳的作用主要是定位阵元，承受压力和抗腐蚀等。设计中采用硬质泡沫塑料作为换能器的背衬和边条，背衬和边条厚度均为2mm，复合材料阵元通过环氧粘接剂粘在背衬上，背衬具有反声、绝缘的作用;每个阵元四周由硬质泡沫边条将阵元之问、阵元与外壳之间隔离，目的是解耦和绝缘。另外，背衬和边条 5 还起到定位复合材料阵元的作用。换能器阵元上表面，即换 能器辐射面被覆有2mm厚的聚氨酯匹配层，用于防水、透 声。 图1矩形线列换能器阵结构 (2) 矩形平面阵结构 图2矩形平面阵结构 (a) 整体结构 (b) 剖面结构 (c) 外壳结构 (3) 圆柱形换能器 (b) 图3圆柱形换能器 参考附件中李莉的毕业论文112-128页 二、平面水听器及双激励加匹配层换能器 (非压电复合材料) 参考杭州应用声学所 三、tonpliz型水声换能器(非压电复合材料) 参考西北工业大学 四、低旁瓣水声换能器 6 参考中国海洋大学 五、侧扫声纳系统结构图 参考中科院声学所 第3篇 水声换能器基础知识 地球表面积的71%是海洋，海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。而声纳这一水下探测设备则是人类开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听;或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播，遇到目标后反射回来再进行接收，转变为电信号供收听或观察，由此来判断被测物体的方位和距离。在这个水下电声信号的转换过程中，关键设备就是水声换能器或是换能器阵。 1. 水声换能器的应用 目前，水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等许多领域。这里仅介绍几种在水下探测方面的应用: 7 (1)在测深方面的应用:为保证航行安全，无论是军舰或是民船都要安装测深声纳;专门的航道 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 船只都配备精度高、功能齐全的测深仪。根据测深深度的不同，测深换能器的频率和功率也相差甚远。以频率范围在10kHz~200kHz的较多，功率从数瓦到数十千瓦不等，其中，高频小功率用于内河或浅海，低频大功率用于远洋、大深度。对这类换能器的要求是波束稳定、主波束尖锐。 (2)在定位和测距方面的应用:测量航船对地的航行速度，大多采用多普勒声纳，利用四个性能相同的换能器分别排列与龙骨相垂直的左右舷方向上。一般工作频率在100kHz~500kHz。 (3)在海洋考察和海底地层勘探方面的应用:海底地质调查主要采用低频大孔径声纳。拖曳式声纳是当今装在活动载体上最大尺寸的声学基阵，作用距离也最远。水中成像方面，通常采用高频旁视声纳，在船底左右舷对称地沿龙骨平行方向装两个直线基阵，各自向海底发射扇形指向性声束，然后接收来自海底的反射波，由于海底凹凸不平反射波强度有别，在显示图像上就会出现亮度不同的图像，因为工作频率较高，声信号衰减较快，作用距离不远，现在试验的频率范围为数十千赫到500千赫。 2. 水声换能器的分类 换能器按照不同的机电能量转换原理可以分为电动式、电 8 磁式、磁致伸缩式、静电式、压电式和电致伸缩式等。如廿世纪中叶开发的压电陶瓷是经过高压直流极化处理之后才具有压电性的，因此，被称作电致伸缩材料，是当今压电换能器的主流，尤其在超声换能器领域有极其广泛的使用价值。 水声换能器按照不同的振动模式可以分为以下几类: (1)纵向振动换能器:其振动方向与长度方向平行。在换能器的长度方向传播应力波，它的谐振基频取决于长度，是声纳系统中使用得最广泛的类型。 (2)圆柱形换能器:采用压电陶瓷圆管(或圆环)，通过合适的机械结构，安装成所需的长度。它可以做成水平无指向性、垂直指向性可控的宽带换能器，是声纳系统中仅次于纵向换能器的一种类型，此外它还是水声计量中惯用的标准水听器和标准发射器的选型之一。 (3)弯曲振动换能器:弯曲振动换能器具有低频下尺寸小、重量轻的优点(与相同频率下、同一种有源材料的换能器相比较)，其振动形式有弯曲梁、弯曲圆盘、弯曲板等。 (4)弯曲伸张换能器:弯曲伸张换能器一般是用两种振动模式组合起来的复合换能器。例如用纵向伸缩振动棒与不同形式的弯曲壳体组合成多种形式的弯曲伸张换能器，也可以用圆形平面径向振动有源元件与碗形弯曲壳体组合成II 型弯曲伸张换能器。 9 (5)球形换能器:利用空心压电陶瓷球壳的呼吸振动做成的球形换能器具有空间对称性好的优点。普遍用作点源水听器。 (6)剪切振动换能器:振动方向和极化方向相平行而驱动电场的方向和振动方向相垂直的剪切振动可以满足某种特殊使用要求。如去除牙结石的换能器就是这种形式。 3. 水声换能器的主要参数 水声换能器的主要性能指标有;水中工作频率、工作频率范围、频带宽度、发射声源级(声功率)及发射响应、指向性、接收灵敏度及接收灵敏度响应、发射效率、品质因素、阻抗、最大工作深度、尺寸和重量等。其中: (1)工作频率 水声换能器的工作频率或工作频率范围通常是由声纳设备的工作频率确定的。换能器的阻抗、指向性、灵敏度、发射功率、尺寸等都是频率的函数。一般说来，对发射换能器要计算它在谐振频率上或在谐振频率附近有限频带内的性能指标，在这个频率及其附近有最大的发射效率。对于宽带接收换能器(压电换能器)谐振频率应远高于接收频带的上限，以保证宽带内有平坦的接收响应且要计算它在谐振频率及其以下频段内的接收响应。大型低频声纳换能器的频率在数十赫到数千赫，而小型目标探测声纳换能器在数十千赫到数百千赫。 10 (2)指向性 不管是换能器还是换能器阵，它们的发射响应或接收响应会随着相对于它们的方向改变而变化。这就是换能器具有指向性，发射换能器发射的声波如同探照灯射出的光束一样。由于换能器具有指向性就可以把声能聚集到某个方位发射，使能量更加集中。采用许多换能器组成尺寸更大的基阵，在相同的频率上指向性更加尖锐，能量更加集中，发射的距离更远，在接收状态下信噪比更大，作用距离也越远。 (3)阻抗(或导纳)特性 换能器在谐振频率附近可以看成一个简单串并联的等效电路。电路中的每一个电阻、电容或电感表示该换能器固有特性，这就是换能器阻抗(或导纳)特性。掌握了换能器的阻抗特性才能使它与发射机的末级回路或接收机的输入电路相匹配。换能器的阻抗(或导纳)是一个复数，它是频率的函数，一般可表示成:Z (w )=R (w )+jX (w ) (单位:欧姆)。 在机械共振时动态无功抗趋于零，静态容抗可用匹配电感调谐此时可以把它看成一个纯阻。压电换能器电阻抗一般在数十欧姆到数千欧姆的范围内。 (4)发射功率 发射换能器的功能是将电子发射机的电功率转变为机械振动的机械功率，再把机械功率转变为声功率发射出去。发射声功率是指换能器在单位时间内向介质中辐射能量多少的 11 物理量，功率的单位用瓦表示。换能器的发射功率受额定电压(或电流)、动态机械强度、温度及介质特性等因素的制约。 (5)发射响应 能够全面反映发射换能器性能指标的是发射响应，主要有发射电压响应和发射电流响应。发射电压响应S V 的定义是指发射换能器在指定方向上离其有效声中心d 0米距离上产生的自由场表观声压P f 与加到换能器输入端的电压U 的比值:S V =P f d 0/U 。发射电压响应通常用分贝表示。 发射电流响应是指发射换能器在指定方向上离其有效声中心d 0米距离上产生的自由场表观声压P f 与加到换能器输入端的电流I 的比值:S I =P f d 0/I 。发射电压响应通常用分贝表示。 (6)接收灵敏度 换能器的自由场电压灵敏度指的是接收换能器在入射声波的作用下，输出端的开路电压U (w ) 与自由场中(假设接收换能器不存在时)它的声中心所在点的声压P f (w ) 的比值M (w ) 。对于接收换能器而言，需要在很宽的频率范围内接收入射声信号，而压电换能器通常是在低于谐振频率的宽频带范围内工作。 (7)接收灵敏度的起伏 宽带接收换能器要求在使用的频范围内有比较平坦的接收 12 响应。通常规定在工作频段内接收电压灵敏度起伏量为 ?1.5dB 。 第4篇 基本资料 水声换能器原理 作者: 路德明编著 出版社: 出版年: 2001年09月第1版 页数: 定价: 25 装帧: ISAN: 书 目: 举报失效目录 超星 第一章 压电晶体与压电陶瓷的物理性质 第一节 压电陶瓷的铁电性 第二节 压电陶瓷力学特性 第三节 压电陶瓷的介电性 第四节 压电效应与压电方程 13 第二章 压电材料 第一节 压电材料的参数 第二节 压电材料 第三章 压电陶瓷水声换能器 第一节 长度振动压电陶瓷换能器 第二节 复合棒纵振压电换能器 第三节 圆管型压电陶瓷换能器 第四节 球形压电陶瓷换能器 第五节 弯曲振动压电陶瓷换能器 第四章 磁致伸缩水声换能器 第一节 铁磁物质的性质 第二节 迭片式棒型磁致伸缩换能器 第三节 稀土超磁致伸缩水声换能器 第五章 水听器 第一节 压电陶瓷水听器 第二节 PVF2水听器 第三节 光学水听器 第六章 水声换能器的方向特性和基阵 第一节 水声换能器的方向特性 第二节 换能器基阵 第三节 均匀线列基阵的补偿 第四节 圆柱管组成的圆形基阵及任意形基阵... 14 第五节 连续声学系统的方向特性 第六节 复合声学系统的方向特性 第七节 可变方向性声学系统 第八节 频谱接收时的方向特性 第九节 改善换能器方向性的方法 第十节 束控 第十一节 水声换能器方向特性的设计 附录导纳圆图 附表 参考文献 1 第5篇 第2章 水声换能器1. 水听器2. 水声发射换能器3. 实验 1. 水听器 (1) 分类 根据其用途和校准的准确度 根据其使用材料 根据其用途和校准的准确度分为两级: A. 一级标准水听器 建立水声声压基准，并通过它传递声学量单位。绝对法校准。 B. 二级标准水听器(测量水听器)用作实验室中一般测试。比较法校准。 15 根据其使用材料可分为:a 、压电式:b 、动圈式(或电动式)c 、磁致伸缩式d 、光纤式 (2) 参数?水听器接收灵敏度 ?水听器的指向性?水听器的电阻抗?动态范围 ?水听器接收灵敏度水听器自由场电压灵敏度: 水听器在平面自由声场中输出端的开路电压与声场中放入水听器之前存在于水听器声中心位置处自由场声压的比值。 水听器声压灵敏度:水听器输出端的开路电压与作用于水听器接收面上的实际声压的比值。?水听器的指向性 指向性响应图 指向性指数 指向性因数 水听器的指向性图 表示水听器在远场平面波作用下，所产生的开路输出电压随入射方向变化的曲线图。 指向性指数DI 和指向性因数R θ 对于水听器，其指向性因数代表定向接收器输出端的信噪比比无指向性接收器输出端的信噪比提高的倍数。DI =10lg R θ ?水听器的电阻抗 16 在某频率下加于换能器电端的瞬时电压与所引起的瞬时电流的复数比。换能器电阻抗的倒数称为换能器的电导纳。 ?动态范围 水听器主轴方向入射的正弦平面行波使水听器产生的开路电压等于水听器实际输出的带宽1Hz 的开路噪声电压时，则该声波的声压级就是水听器的等效噪声声压级。 水听器的过载声压级与等效噪声声压级之差。 水听器的过载声压级 引起水听器过载的作用声压级。 水听器的等效噪声压级 (3)GB/T4128-1995 一、二级标准水听器声学性能指标 灵敏度 指在水听器输出电缆末端测得的声压灵敏度或自由场低频灵敏度。 按照国家标准规定用于1Hz~100kHz频率范围的压电型标准水听器(以下同): 一级:不低于-205dB(0dB re 1v /μPa) 二级:不低于-210dB (0dB re1v/μPa ) 自由场灵敏度频率响应 自由场灵敏度频响相对于声压灵敏度在整个使用频率范围内，至少有三个十倍频程范围: 一级:其灵敏度的不均匀性小于?1.5dB ，在其他频率范围内灵敏度变化不超过+6dB 17 或-10dB 。 二级:其灵敏度的不均匀性小于?2dB ，在其他频率范围内灵敏度变化不超过+6dB或-10dB 。 灵敏度校准及其准确度 低频段应用国标GB4130-84中规定的一级校准方法进行校准，其校准准确度优于?0.5dB ;高频段应用国标GB3223-82中规定的互易法进行校准，其校准准确度应优于?0.7dB 。 低频段应用国标GB4130-84中规定的二级校准方法进行校准，其校准准确度优于?1.0dB ;高频段应用国标GB3223-82中规定的比较法进行校准，其校准准确度应优于?1.5dB 。 指向性 一级:水平指向性:在最高使用频率下的-3dB 波束宽度应大于300，在选定方向(或主轴)?50的范围内灵敏度变化应小于?0.2dB 。 垂直指向性:在最高使用频率下的-3dB 波束宽度应大于150，在选定方向(或主轴)?20的范围内灵敏度变化应小于?0.2dB 。 二级: 在使用的频率范围内，其水平指向性图与理想的全指向性图的偏差应小于?2dB 。 动态范围 一级: 在60dB 的动态范围内，非线性偏差应小于?0.2dB 。 18 二级: 在60dB 的动态范围内，非线性偏差应小于?0.5dB 。 稳定性 时间稳定性: 每年校准一次，其变化应在校准准确度以内。 温度稳定性: 在0~400C温度范围内，灵敏度变化应小于0.04 dB/ 0C。 在0~400C温度范围内，灵敏度变化应小于0.05 dB/ 0C。 静压稳定性: 0~4MPa工作静压范围内，灵敏度变化应小于0.3 dB/MPa。 0~4MPa工作静压范围内，灵敏度变化应小于0.4 dB/MPa 其他技术要求 机械性能要求: •水听器暴露于水中的所有金属和非金属部件都要采用耐腐蚀材料制作。 •水听器的参考声中心位置及测量方向要有明显标志。 •水听器相对于它的周围媒质应是声学刚性的。 电学性能要求: •对于不带前放的水听器，在电缆端测得的绝缘电阻应大于100M Ω(测试电压不小于100V )。 •高阻抗的敏感元件应有电屏蔽。 •连接电缆应不少于10m ，当敏感元件的电容量小于连接 19 电缆的电容量时一般应连接前置放大器。 (5)使用与维护: ?合理选择水听器. ?标准水听器每年应经计量部门检定一次。 ?检查水听器的绝缘电阻时，试验电压不小于100v 。 ?注意存放环境，用完后妥善保管。 ?选用低分布电容电缆。 2. 水声发射换能器 (1)分类 同水听器。 (2)发射器介绍 (3)参数: ? 发射换能器发送响应 ? 发射换能器指向性 ? 发射换能器电阻抗 ? 输入电功率、发射声功率和电声效率 ?发射换能器发送响应:发送电压响应 发送电流响应 发送功率响应 发射换能器在某指定方向上的自由场远场中离其声中心某 参考距离处的声压和该参考距离 的乘积与加到输入电端的电压的比值。 ?发射换能器的指向性 20 发射指向性图是表示它在自由场中辐射声波时，在其远场中声能空间分布的图象。 发射指向性因数和发射指向性指数 在参考方向上(通常指声轴向)远场中某点的声强(或声压有效值平方)与相同距离上各方向的声强平均值(或声压有效值平方的平均值)之比为发射指向性因数，此比值的分贝数称为发射指向性指数。 输入电功率、发射声功率和电声效率 输入电功率 是其功率源吸收的有用功率。 发射声功率 是其在单位时间内向介质声场发射出的有效声能量。 电声效率 是其输出声功率与输入总电功率的比值。 换能器的电声效率实际上也等于其机电效率与机声效率的乘积。 3. 实验 目的 原理 方法 数据处理 (1)换能器阻抗特性 (2)换能器阻抗特性曲线测量原理 (3)测量结果及分析 半功率带宽?f =f 2-f 1 机械品质因数Q m = 21 f 0 ?f 第6篇 仪表技术与传感器 水声换能器及其研究和发展 曾台英，贾叔仕 (浙江大学机能学院，浙江杭州 ,,,,,,) 摘要:阐述,，,,声换能器的频响特性、指向性及不同尺寸和额率范囡的换能器的多种不,,的校准方法，就其优缺点进行了比较。并具体介绍我国自声学院声学所成立以来水声换能嚣在换能材 料和声学无源材料、换能器和基阵以及水下电声测量等,个方面的取得的研究和成果。介绍了在 压电陶瓷、吸声材料、换能器各种基阵等方面取得的国内外领先成果和应用现状。最后给出我国啦声换能器的发展方向及动态，对其发展前案作了展望。关键词:水声换能器;压电陶瓷;发展动态中图分类号:,,,,, 文献标识码:, 文章编号:,,,,—,,,,【,,,,),,—,,,,—,, 22 ,;,,,,,;,,,,,,,;,,,,,，,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,，,,, ,,,,,, (,,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,自,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,) ,,,,,,;,:,,,,,,,,,,,,,？,,,;, ,,,,,,,, ;,,,,;,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,, ,,,,,, ,,,;,,,,,;,,,,,,,,;,,,,,, ,,,,, , ,,,,,,,,,,。 ,;,,,,,,,“,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,;, 23 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,;,,,,,;, ,,,,,,,,(,;,,,,,;,,,,,,,,,(,;,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,; ,,,,;,,,,, ,, ,;,,,,,,, ,,,,, ,【】, ,,,,,,,?,,,,,,, ,,,,,,,,;,,,;;,,,,,,,,,(,,,,, ,。。,,;,;,,,,,,,;,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,,,,,;,, ,,,,,:,;,,,,,;,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,, ,换能器特性及校准方法 24 水声换能器是把声能和电能进行相互转换的器件。在声纳中的地位类似于无线电设备中的天线，是在海水中发射和接收声波的声学系统。其中把声能转换为电能的换能器叫作接收器或水听器;把电能转换为声能的换能器叫作发射器。有些声纳用同一只换能器来发射和接收声音;另一些则使用分开的发射器和 水听器。 射响应通常以分贝数表示，参考级为注入发射器, , 电流时在参考距离上产生声压，并写作,,(习惯上，参考距离是指离声源,,;若参考距离为,码，则需加上 ,,,,,,, ,,,,，即，,(,,,,的校正，把发射响,立变换 为声源级。,(,，,指向性 水听器在运用中几乎都使用水听器阵(水听器阵比单个水听器元件有较高的信号一噪声比，因为它能够从各向同性的或几个相同性的噪声中把阵所指向的那一方向来到的信号提取出来(即指向性。 指向性指数，是用来度量水听器阵以其声柬图案从噪声中提取信号能力的接收声波参数。它是指向性,,听器输出端信噪比值比无指向性水听器输出端的信噪比值提高的分贝数。,(,校准方法 25 为了确保水声设备的工作性能咀及量值传递的需要，必须对水听器和发射器进行校准。校准换能器就是测定换能器响应的频率函数和指向性函数。现在已有大量的测定换能器响应的方法。表,列出,海军军械实验室,有其优缺点。 , ,(,换能器特性 水听器性能主要是指灵敏度和方向性。其中水听器的接收响应就是接收灵敏度。,(,(,换能器响应 水听器(在通常情况下)是一个声,电的线性转换器件，在它产生的电压和声场的声压之间有一个比例因子。这个比例因子称为换能器的响应。 水听器的接收响应(即接收灵敏度)是由单位声压的平面波(在水听器的放入生场之前)产生的水听器的端电压。习惯上，接收响应以水听器不接负载的开路响应来表示。通常，接收响应记以分贝数，参考级为,达因,;,,声压产生,,电压(并写作,, 发射器的发射一电流响应表示当单位电流注入发射器时，在声束图案轴向距离,,处产生的声压。发 收稿目期:,,,,(,, ,,,,,,,,根据文献汇编的校准方法摘 要。这些方法，对于不同的换能器尺寸和频率范围各 ,,收修改穑日期:,,,,(,, 26 ,, 第,,期 ?研究与开发 表，校准方法 方法 优点 互翁法 不需要檀准;绝对校准法简单;快 简单 咣烹 ,, 互易法:(,)球面性(,)扎面,砉(;)平叫法(,) 扩散声场(,),:, ,,)一般删坨置换法或比较洼挣水压法 繁琐;复杂;需要互易换能器 非绝对拉准法。需要已饺准的标准换能器需要间接计算仅能用于低频 仅能用于低频;需噩密封容器需要特殊容器(数据处理复杂需精密设备 需用自噪声(或低额噪声)发生器数据处理复杂 结果复杂;嘈杂;不安全需要特殊管子 振动旅柱法双发射器牟值法 27 大型换能器的近坜校准法 脉;中校准法 不需要大量的水绝对愤准法不需要大量水 减少反射和驻波的影响宽频带连续艇盏不需要水池和大最的水宽频带用于高压校准 噪声枝准法阻抗校准沽爆炸法 压力管法 ,研究与发展现状 ,(,换能材料和声学材料 ,(,(,,,,压电陶瓷正在向产业化方面发展 到目前为止，钛酸锆酸铅(,,,)压电陶瓷作为水声换能裂的换能材料仍占首位。我国声学研究所研制的,,,压电陶瓷，常用的型号为,,,一,(收发兼用)、,,,一,(接收型)和,,,一,(大功率发射型)，其性能都能满足各种水声换能器的需要，其水平与国外的相 当并能出,,。目前正组织扩大生产向产业化方向发 展。 ,(,(,在压电陶瓷材料的研究上 表,为我国声学研究所研制的各种压电陶瓷的性能一览表，包括能在较高温度使用的,,,压电陶瓷(,,一,)和能在高温条件下使用的单模振动偏铌酸铅压电陶瓷(,,,,,,,)。测试条件为,,,,,,,,， 28 ,,,? 表,各种压电陶瓷性能一览表 ,(,(,在压电陶瓷测量方面 声学所研制生产的压电常数,,,测量仪，已推广国内,,,多台，出，,,台，并主编了“,,,,,,,,,,准静态压电应变常数测量方法”的国家标准。,(,(,水声声学材料 主要包括吸声、反声、透声和隔声材料、减振阻尼材料等研究内容。在这方面，在国内率先建立了水声脉冲管测试发备、复扬氏模量和复剪切模量测试没备，并配有变温加压装置及微机数据处理系统以及高额声学特性测量系统。在吸声材料方面，已研制出两种水 声吸声材料和,种吸声结构;平板尖劈平行通道型，方形尖劈和平板共振型，可满足不同频段的要求。平板吸声尖劈已广泛用于国内,个大中型消声水池，在, ,,,, ,,,的频率范围内声压反射系数小于,,,。另 外，，:,,,,,,,,,型透声橡胶、浇注型室温硫化高频吸声与透声材料、高额吸声内衬、吸声阻尼和腻子型阻尼材料已广泛用于各种 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 项目。,(，(,超声仿真模块系列产品 以超声仿人体组织为核心研制成功的超声仿真模块系列产 29 品是国家技术监督局和国家医药管理局确认 ,, 仪表技术与传感器 ,,,,正 的医用超声诊断仪检测标准。,(,水声换能器和基阵 ,(,(, 目前用得最普遍的水声换能器 主要有平面活塞型、纵向振子喇叭型、网校型和弯张型。我国能设计制造满足工程需要的各种换能器，水平与国外相当。 (,)大功率发射换能器 拼合圆环大功率密度发射换能器(镶嵌式圆柱形换能器)，获得中科院科技成果，其中“压电圆环分割电极”获实用新型专利，该换能器作为我国第一个深海宽带大功率水声发射换能器用于西沙海域的水声传播海上考察。其技术分别在水声释放器、水下定位测速仪和模拟靶标等声系统中得到成功的应用。 (,)弯张换能器 用有限元法，研究和分析了灯笼型弯张换能器的振动和声辐射，其成果已推广应用于声纳设备中。在此基础上还研究了凹型弯张换能器。这种换能器与国际上现有的凸型灯笼式弯张换能器相比，有更高的灵敏度和体积速度，抗静压强， 30 特别是这种结构能利用多模振动达到宽带高的特点，受到国外水声专家的好评。 (,)压电复合材料水听器和岩用换能器的研究利用,,,(,—,)夹心复合压电材料压电常数办值高和优值因子,,,肿大的优点和振动模式较单纯，且易和岩体匹配的特点研制成宽带高灵敏度水听器和宽带窄脉冲岩用超声换能器。,(,(,水声换能器基阵 (，)“,,,”噪声测距平面阵 它具有频带宽、灵敏度高、可靠性好的特点，在几面赫到,,,,,的频带内，阵元之间的相位差不大于?,。，幅度差不大于?, ,,( (,)拖曳式线列阵 此声纳研制的拖曳式线列水听器阵由前导段、隔振段、工作段和尾部隔扳段组成。工作段由,,阵元水听器组成，水听器具有频带宽、声压灵敏度高和加速度灵敏度低、抗干扰能力强的特点。 (,)弯张换能器八元阵 利用第,类弯张换能器(灯笼型)有强互辐射效应的特点来排阵，获得了高性能的,阵元试验阵，达到低频(,，,,,,)、大功率(,,,,)、宽带(,倍频程)和高效率(,,,,)。 31 (,)在换能器阵的理论研究方面 提出了“指向性综合逐步逼近法”，在理论上有突破。如利用均匀激发的阵元(合理的间隔排列，不进行幅度束控，可使旁瓣的高度抑制到仅有,(,,左右的高 度;使用幅度束控，利用“指向性综合逐步迫近法”夫大地改善了原有的传统方法，使它能兼顾阵增益，对各种类型的阵都能获得最佳不等距阵，使阵在相同旁瓣级和相同阵元数的情况下，有更窄的主瓣和更高的阵灵敏度;利用“逐步逼近法”还可以研究超指向性和用幅度束控来旋转波束。,(,(,换能器的工艺 换能器的研制过程包含着很强的工艺性，对实现一个新设计往往具有关键性意义。结合水声、超声换能器的研究和开发，现已形成一套专用技术(如聚氨酯无硫透声橡胶浇注及耦联工艺、复合体预应力技术、声学器件粘接剂系列及其粘接技术、慢波导制造工艺等，已经成为换能器的研究工作的极为重要的技术手段。,(,水下电声测量 在水下电声测量方面，能基本满足各类水声换能器的测量要求。我国声学所的声学计量站被国家技术监督局确认为计量认证合格单位。作为负责单位或主要参加成员，制订了从几赫到几兆赫频率范围的水声测量的,个国家标准，它们是: ,，,,,,,,,,,水声换能器自由场校准方法,, 32 ,,,,—,,标准水听器 ,,,,,,—,,水听器低频校准方法 ,, ,,,,,,,,水声材料纵波声速衰减的测量——脉冲管法 ,,,,,,,,,,水声换能器的测量 ,,,,,,—,,水声发射器大功率特性和测量,, ,,,,,,,,,水声材料样品插入损失和回声 降低的测量方法。 在换能材料的研究方面，我国应加强在耐高温、振动模式单纯和低,值压电材料研究;在声学无源材科方面(应集中在有识消声和潜艇隐身材料的研究和应用上;在水声换能器和基阵方面，将集中研究稀土铁超磁致伸缩水声换能器、干涉型光纤水听器和宽带、高灵敏度和小型化声纳基阵等方面。 参考文献 ,,,鸟立克,,工程水声原理(洪申译国防工业出版杜(,,,,:,, ,, ,,,盒晓嶂(袁文俊水声换能器的随机噪声绝对校准仪器仪表学 报(,,,,，,,(,):,,,—,,, 33 ,,】汪德昭水声学的研究和发展学科通览(,,,,(,):,,—,,,,,孙德兴，邵道远，朱厚卿，等(光纤传感器和水声学及其换能器在 海洋技术上的应用海洋技术(,,,,(,,(,):,,—,, ,,,李启虎(水声学研究进展声学学报(,,,,，,,(,):,,,—,,,,,,,,，,,, , ,,,,,,帕,,, ,,,,,, ,,?,,,,,,,;,,,,,,,,,,,, ,,, ,,;,,,,,,,(,,,,，,,(,):,,—,,( 水声换能器及其研究和发展 作者:作者单位:刊名:英文刊名:年，卷(期):被引用次数: 曾台英， 贾叔仕 浙江大学机能学院,浙江,杭州,310027仪表技术与传感器 INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR2002(11)5次 参考文献(6条) 34 1. BRIGHT C Better sonar driven by new transducer materimals 2000(06)2. 李启虎 水声学研究进展[期刊论文]-声学学报 2001(04) 3. 孙德兴;邵道远;朱厚卿 光纤传感器和水声学及其换能 器在海洋技术上的应用 1996(03)4. 汪德昭 水声学的研究 和发展 1994(07) 5. 金晓峰;袁文俊 水声换能器的随机噪声绝对校准 1996(06)6. 鸟立克R J;洪申 工程水声原理 1972 本文读者也读过(9条) 1. 王炳辉. 陈敬军 声纳换能器的新进展[期刊论文]-声学 技术2004,23(1) 2. 余南辉. 范吉军. JaeHwan Kim. HeungSoo Kim. YU Nan-hui. FAN Ji-jun. JaeHwan Kim. HeungSoo Kim 压电 水声换能器的声学特性分析[期刊论文]-声学技术2009,28(2) 3. 莫喜平. MO Xi-Ping 第三讲让声纳系统耳目一新:新型 水声换能器与换能器新技术[期刊论文]-物理2006,35(5)4. 莫 喜平. 刘永平. 崔政. 刘慧生. 柴勇. 吕震涛. MO Xi-Ping. LIU Yong-Ping. CUI Zheng. LIU Hui-Sheng. CHAI Yong. LU Zhen-Tao 宽带宽波束纵向水声换能器研究[期刊论文]-应用声学2006,25(5) 35 5. 周利生. 胡青. ZHOU Li-sheng. HU Qing 水声发射换能器技术研究综述[期刊论文]-哈尔滨工程大学学报2010,31(7) 6. 郑乙 水声换能器在水下探测应用中的发展[期刊论文]-科技风2011(19) 7. 鲍雪. 张健 水声换能器在水雷地震波引信中的应用[期刊论文]-黑龙江科技信息2008(36) 8. 滕舵. 陈航. 张允孟. TENG Duo. CHEN Hang. 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