换能器（PZT压电陶瓷）

什么是换能器、声线和声束？

现在，我们来详细研究一下水下发出的声脉冲是如何成为回声探测所必需的定向声线的。把一种能量转换成另一种能量的装置叫做换能器。在声纳中，这个装置可以把电振动变成声振动，就像扬声器把电信号变成声信号(空气振动)，麦克风把声振动变成电振动一样。然而，由于空气和水的声学特性不同，它们的结构也大不相同。扬声器和麦克风是电的(带电导线与恒定磁场相互作用产生机械振动)，而换能器通常利用某些材料在电场或磁场的影响下可以改变体积的特性。这里有必要说一下三个物理现象：磁致伸缩、压电效应和电致伸缩。磁致伸缩换能器使用磁场。它的磁场通常是交流电通过线圈时在线圈中形成的。线圈中放置磁性材料，磁性材料在交变磁场的作用下或膨胀或收缩。这种换能器通常在频率不超过100，000 Hz时使用。线圈本身是严格绝缘的，所以整个装置可以安全地放入水中。压电换能器的主要元件是应时晶体。在电场的作用下，应时晶体主要沿一个方向改变其长度。所以电振动产生机械振动，机械振动传递到水中。另一方面，水的振动(声波)使晶体产生机械振动，在晶面上形成交变电场，这种交变电场很容易被记录装置记录下来。在实践中使用最广泛的电致伸缩换能器以类似的方式工作。这种换能器的特点是某些材料(陶瓷)的体积变化取决于施加的电场强度，而与其符号无关。类似的材料可以列举为钛酸钡和钛酸铅-锆酸盐。电致伸缩换能器和压电换能器可以是防水层。但是这个防水层必须保证换能器产生的振动能够“入水”。声波在液体介质中传播，穿过金属或橡胶薄膜，将振动传递到水中。现在有一个问题：用什么方法可以产生定向声束？或者在水中或空气中产生的声音从声源向各个方向传播(球面对称)。第一次世界大战期间，潜艇的距离只能通过声波来测量，而潜艇的位置无法确定。如果能发出类似探照灯光束的声束，就能快速确定目标的方向(在光束的大范围内)。通过使用接收具有严格定向的反射信号的接收设备也可以获得类似的结果。这两个原理被用于声纳的实际制造中。目前声束的形成是基于干涉现象的应用：当两个波同相传播时，相互重叠形成一个强波；然而，当相反的相位移动时，它是相反的，它们相互抵消。因此，两个相互靠近的声源会形成一系列的最小值和最大值(对应于声波抵消或重叠的地方)。由此，声强分布具有“花瓣形”的特点，形成一系列声束。随着声源数量的增加，干涉图变得越来越复杂，形成了各种大小的“花瓣”(波束系统)。有些又小又弱。但与此同时，有一个强声束位于对齐的声源的中间，并垂直于声源连接。接收定向反射信号的方法与定向发射的方法相同。在许多声纳系统中，同一换能器(或一组换能器)通常用于发射和接收声学信号。发射换能器(发射器)发射一个短的声音信号(脉冲)，其频率取决于发生器的频率和换能器的固有频率。诸如脉冲持续时间的重要信号特征由开关选择。发出脉冲时打开时钟机制。当脉冲到达目标时，会被反射回来。由于声音在传播过程中的衰减以及目标只反射照射在其上的部分能量，回波信号很弱。反射的声脉冲进入接收换能器(接收器)。这里，

时钟机器通常附在自动录音机上。信号反射到接收装置，自动记录仪的笔尖在纸带上做标记。根据标志之间的距离，可以判断信号发送和接收之间经过的时间。在脉冲到达目标并返回的过程中，自动记录仪的纸带垂直于笔尖的运动方向缓慢移动。当下一个脉冲发出时，笔尖返回到垂直方向的初始位置，水平纸带运动再次开始。如果到目标的距离没有变化，那么信号反射的所有标志都可以做成一条平行于纸带两边的直线。否则，这条直线就成了斜线。有时，用阴极射线管代替自动录音机。反射信号由阴极射线管中的电子束偏转来记录。阴极射线管的优点是它能快速扫描一个区域(或目标)。

超声波换能器是什么？

超声波换能器是一种能将高频电能转化为机械能的器件，材料的压电效应将电信号转化为机械振动。超声波换能器是一种能量转换装置，它的作用是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)然后传递出去，同时消耗掉自身的一小部分功率。

超声波换能器有几种？

超声波换能器是多种多样且常见的：1 .根据它们的振动模式，它们可以分为剪切振动传感器、扭转振动传感器、纵向振动传感器、弯曲振动传感器等。2.根据换能器的工作状态，可分为接收型超声换能器、发射型超声换能器和收发型超声换能器。3.根据换能器的工作介质，可分为液体换能器、固体换能器和气体介质超声换能器。4.根据换能器的输入功率和工作信号，可分为检测超声换能器、脉冲信号换能器、功率超声换能器、连续波信号换能器和调制信号换能器。5.根据换能器的形状，可分为圆柱形换能器、杆形换能器、圆盘形换能器、复合型超声换能器和球形换能器。6.根据能量转换的机理和所用的能量转换材料，可分为电磁声换能器、静电换能器、机械超声换能器、