水声换能器——海洋资源探测不可或缺的神兵利器

2016-01-27 09:29:06    来源:中国勘测联合网

摘要:水声换能器是利用晶体(石英或酒石酸钾钠)压电陶瓷(钛酸钡和锆钛酸铅等)的压电效应或铁镍合金的磁致伸缩效应来进行工作的。

  水声换能器是利用晶体(石英或酒石酸钾钠)压电陶瓷(钛酸钡和锆钛酸铅等)的压电效应或铁镍合金的磁致伸缩效应来进行工作的。所谓压电效应,就是把晶体按一定方向切成薄片,并在晶体薄片上施加压力,在它的两端面上会分别产生正电荷和负电荷。反之在晶体薄片上施加拉伸力时,它的两个端面上就会产生与加压力时相反的电荷。与压电效应相反时电致伸缩效应,即在晶体的两个端面上施加交变电压,晶体就会产生相应的机械变形。我们利用电致伸缩效应和压电效应来产生和接收超声波。


一、换能器及基阵:

能够发射或接收声波,并完成声波所携带的信息和能量与电的信息和能量转换的装置,就称为电声换能器,简称换能器。将多个换能器按一定的规律和形状排列起来,形成一个阵列,就成为换能器基阵,简称基阵。常见的基阵有:线列阵、平面阵、圆柱阵、球形阵、参量阵、乘积阵、合成孔径阵、恒定束宽阵、舷侧阵、共形阵和拖曳线列阵等等。

 

水声换能器是完成水下电声信号转换的器件,它是电子设备与水下信号声场间相互联系的纽带。鉴定一部水声仪器性能的好坏,往往是首先看它的换能器性能如何。


二、水声换能器的分类:

1、按工作形式可分为发射换能器和接收换能器。


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2、按结构形式可分为球形换能器、圆管换能器、弯曲圆盘换能器、复合棒换能器、镶拼圆环换能器、弯张换能器、矢量水听器和光纤水听器等。


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3、按电场性换能材料可分为压电单晶、压电陶瓷(如钛酸钡、PZT)、压电薄膜(如PVDF)、压电复合材料(如1-3压电复合材料)和弛豫型铁电单晶等。


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4、按磁场性的换能材料可分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、铁磁流体和超磁致伸缩稀土材料等。

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5、其他:带有匹配层的换能器、电火花声源、MEMS水听器阵列和带有反声障板的声基阵。 


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三、结语

声波是迄今为止人类所掌握的唯一能在海洋中远距离传递信息与传播能量的载体,由此水声换能器也被人们形象的比喻为声纳系统的“耳目”。随着水声技术应用领域的不断拓展与延伸,在海洋资源探测开发的技术竞争、军事对抗及全面感知地球的迫切需求背景下,水声换能器技术的飞速发展成为声纳技术发展的重要前提。

 

水声换能器技术包含新材料、新原理、新结构和新工艺。

材料技术:有源材料(压电材料和磁致伸缩材料),无源材料(吸声、反声、透声、去耦和结构);

设计技术:理论、结构和匹配设计;

制作技术:加工、装配和灌封。


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