水声换能器在水雷地震波引信中的应用

　　引言

　　水雷武器已有数百年的历史，主要用于攻击潜艇和水面舰船。随着军事技术日新月异的迅猛发展，舰艇和水面舰船的探测设备和扫雷装置越来越先进，这就需要海底水雷的引信技术也改进和更新，才能有效攻击舰船。地震波引信技术的意义在于水下低频信号衰减慢，作用距离远，可以使水雷在远距离上发现和探测舰船和潜艇目标，尤其是对大吨位舰船效果更佳。水雷上引信能否正常发挥其作用，关键在于它能否准确地探测到目标存在的信号，也就是对引信中敏感器件- 水声换能器的研究，目前地震波工作频率范围大致在0.1~20 Hz之间，而地震波引信中用于接收声辐射的器件- 换能器尚没有达到完全与之相匹配的要求，因此，水下换能器在低频段的应用成为国内外热门的研究课题。

　　1 水声换能器及特性

　　水声换能器是把声能和电能进行相互转换的器件。其中一种是把声能转换为电能的换能器叫作接收器或水听器;另一种是把电能转换为声能的换能器叫作发射器。它主要有两种实现电声能量转换的途径，一种是借助于磁场中的磁-力效应来实现，如磁致伸缩换能器，另一种是借助于电场中的电—力效应来实现，最常用的是压电陶瓷换能器。目前，大多数水声换能器都采用锆钛酸铅((PZT)系的压电陶瓷作为驱动材料。发射换能器一般采用 PZT-4压电陶瓷，接收换能器一般采用PZT-5压电陶瓷。

　　水声换能器按材料和形状，主要有平面活塞型、纵向振子喇叭型、圆环型和弯张型等类型。随着对水声换能器的研究，水声技术得到了不断发展，各种低频率、新材料的换能器不断被推出。

　　1.1 开缝圆环换能器

　　它是一种新型的低频、大功率换能器。由一个延高度方向开缝的压电圆管构成，在压电圆管外有一个外衬壳体，圆管内部为一空气腔。圆管上的开缝导致了圆管的径向模态被圆管的弯曲模态代替，因此，这种换能器的频率比传统的圆管、圆环换能器有很大的降低，同时具有功率大的特点。

　　1.2 三模态指向性换能器

　　由压电陶瓷圆管做成的声学换能器通常采用呼吸模态或全指向性模态。三模态指向性换能器克服了传统圆管换能器在水平方向上无指向性的缺点，可以在水平方向形成一定的指向性。这种换能器可以作为水下信息网的调制解调器使用。

　　1.3 新型弯张换能器

　　在传统的弯张换能器的基础之上，对弯张换能器的驱动材料和结构进行了改进，提高了换能器的性能和应用范围，出现了一些新型的弯张换能器。鱼唇式弯张换能器的壳体具有振幅放大的作用，同时鱼唇式弯张换能器采用溢流式结构，超磁致伸缩材料驱动，使其具有尺寸小、重量轻、频率低、宽频带、大功率、大工作深度等特点。