水声对抗器材用换能器的现状与发展
海洋论坛▏水声换能器研究进展
海洋论坛▏水声换能器研究进展一、引言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，水声技术也因此成为水下通讯导航、水产渔业、海洋资源、海洋地质地貌、军事武器等领域的重要手段。
水声换能器的使命即是在一定频带内按规定的信号形式激发产生声波和不失真地感知与接收水中声波信号，由此换能器也被人们形象地喻为声纳系统的“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，新材料技术、精细加工技术、基础工艺技术以及数值计算分析技术等为换能器技术的快速发展提供了物质基础和技术条件。
其中有关新材料、新机理、新结构换能器的发展情况曾在相关综述文章中分别描述过，本文就笔者所掌握的资料和有限的理解水平简要地综述几种典型结构类型换能器近些年的发展状况，主要包括：弯张换能器、圆柱面辐射型换能器、纵向换能器等等。
二、弯张换能器设计研究的新思想及技术动态弯张换能器分为许多类型，其中IV 型弯张换能器是由纵向振子驱动椭圆形外壳做弯曲振动的一类换能器结构形式，常被用于低频大功率发射声源或设计低频主动声纳，如美国海军的拖曳式低频主动声纳（SURTASS-LFA），采用18只大功率IV型弯张换能器组成垂直发射阵，工作频带100～500Hz，声源级220～235dB。
单只换能器用两台S11-48型功率放大器驱动，输出电压1600V，最大声源级215dB。
关于IV型弯张换能器设计改进主要体现在对驱动振子的优化和宽带设计上，有关文献设计了一种长轴加长型结构（图1），以新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅—钛酸铅（PMNT）材料叠堆为驱动元件，这种结构思想使换能器在保持频率低、响应高等优点的同时，显著拓宽了工作带宽。
图1 长轴加长型宽带弯张换能器鱼唇式弯张换能器是我们近些年研究的一种新结构弯张换能器，采用变高度椭圆壳体，这样的壳体兼有振幅放大和高度加权放大的“双重放大”作用，采用T erfenol-D超磁致伸缩材料驱动和溢流腔结构，?3dB带通Q值小于3，采用了溢流腔填充顺性材料可获得较大的工作深度，该型换能器目前已经得到广泛应用，谐振频率可以从100Hz覆盖到1.8kHz，单只换能器谐振频率下声源级在190dB以上，图2给出其中两例换能器实物照片，系列换能器中几何尺寸最小的为长轴80mm，最大的长轴大于1m。
水声探测技术的未来发展方向研究
水声探测技术的未来发展方向研究在人类探索海洋的进程中，水声探测技术一直扮演着至关重要的角色。
从早期简单的声纳系统到如今高度复杂的水下声学监测网络，水声探测技术不断发展和进步，为我们揭示了海洋深处的奥秘。
随着科技的飞速发展，水声探测技术正面临着新的机遇和挑战，其未来的发展方向也备受关注。
一、多传感器融合与协同探测在未来，水声探测技术将更加注重多传感器的融合与协同工作。
单一的水声传感器往往存在局限性，无法全面、准确地获取水下目标的信息。
例如，传统的声纳系统可能在分辨率、探测范围或目标识别能力方面存在不足。
通过将不同类型的传感器，如声学传感器、光学传感器、电磁传感器等进行融合，可以充分发挥各自的优势，实现更高效、更精确的探测。
多传感器融合并非简单地将不同传感器的数据叠加，而是需要进行复杂的信息处理和融合算法设计。
通过对来自多个传感器的数据进行实时分析和综合判断，可以有效降低噪声干扰，提高目标检测和定位的准确性。
同时，协同探测还可以实现对不同类型目标的全方位监测，包括潜艇、水雷、海洋生物等。
此外，多传感器融合与协同探测还可以应用于分布式水下监测网络。
多个传感器节点分布在广阔的海域，通过无线通信技术实现数据的共享和协同处理，从而构建起一个覆盖范围广、监测能力强的水下探测体系。
二、智能化与自主化随着人工智能技术的不断发展，水声探测技术也将朝着智能化和自主化的方向迈进。
智能化的水声探测系统能够自动对采集到的声学信号进行分析和处理，实现目标的自动识别、分类和跟踪。
通过机器学习算法对大量的水声数据进行训练，系统可以学习到不同目标的声学特征，从而提高目标识别的准确性和效率。
自主化则意味着水声探测系统能够在无需人工干预的情况下，根据预设的任务和环境条件自主进行探测和决策。
例如，自主水下航行器（AUV）可以携带水声探测设备，在广阔的海域自主执行探测任务，根据实时获取的信息调整探测策略和路径。
这种自主化的能力不仅可以提高探测效率，还可以降低人力成本和风险。
国外水声对抗器材发展现状与启示——潜用器材
第30卷第1期水下无人系统学报 Vol.30 No.1 2022年2月 JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Feb. 2022收稿日期: 2021-09-06; 修回日期: 2021-10-31.作者简介: 唐 波(1991-), 男, 博士, 工程师, 主要研究方向为水声对抗.[引用格式] 唐波, 孟荻, 范文涛. 国外水声对抗器材发展现状与启示——潜用器材[J]. 水下无人系统学报, 2022, 30(1): 15-22.国外水声对抗器材发展现状与启示——潜用器材唐 波, 孟 荻, 范文涛(中国人民解放军92578部队, 北京, 100161)摘 要: 文章介绍了国外潜用水声对抗器材的发展现状, 研究了其尺寸、质量、机动速度、工作深度以及声学性能等主要性能指标的发展脉络, 提出了国外潜用水声器材对我国同类装备的启示: 1) 小型化趋势, 逐步缩小水声对抗器材尺寸, 减轻质量; 2) 持续提高机动能力、扩展新型功能; 3) 尽快适应舷外快速发射的使用方式; 4) 及时调整更大深度、更长时间工作的发展重点。
相关研究成果值得我国潜用水声对抗器材发展借鉴。
关键词: 水声对抗器材; 潜艇; 小型化; 机动速度; 舷外发射中图分类号: TJ67; TB565 文献标识码: R 文章编号: 2096-3920(2022)01-0015-08DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022.01.002Current Situation and Enlightenment of Foreign Underwater AcousticCountermeasure Equipment for SubmarineTANG Bo , MENG Di , FAN Wen-tao(92578th Unit, The Chinese People’s Liberation Army, Beijing 100161, China)Abstract: In this paper, the current situation of foreign underwater acoustic countermeasure equipment for submarine was presented, and the development context of main public performance indexes, namely size, mass, maneuvering speed, operational depth of countermeasures, and acoustic performance, were studied. The enlightenment of foreign underwater acoustic countermeasure equipment for submarine to similar equipment development in China was presented, which includes 1) gradually reducing the size and weight of underwater acoustic countermeasure equipment; 2) continuously improving mobility and expanding new functions; 3) adapting to the use of outboard rapid launch quickly; and 4) timely adjusting the development focus of a greater depth and longer work. The relevant research can provide reference for the development of underwater acoustic countermeasure equipment for submarines in China.Keywords: underwater acoustic countermeasure equipment; submarine; miniaturization; maneuvering speed; outboard launch0 引言 潜艇水声对抗系统主要由威胁目标报警、对抗决策、发射控制以及水声对抗器材4类装备组成[1-2], 是潜艇水下自防御能力形成的核心关键。
2023年水声设备行业市场调研报告
2023年水声设备行业市场调研报告随着现代科学技术的发展，水声技术得到了广泛的应用。
水声设备市场是目前仍然具有众多潜力的市场之一。
为了更加深入地了解这一市场，本文将对水声设备行业市场进行调研分析。
一、市场概况水声设备，是指在水中进行声波传播、检测和接收的设备。
水声设备广泛应用于水下探测、导航、通信和测量等领域，是军事、海洋、水产、地质及民用等领域的重要设备。
目前，全球水声设备市场规模已经达到数十亿美元，并且在未来几年仍将保持高速增长。
二、市场分析1. 市场主要应用领域（1）军事领域在军事领域，水声设备凭借其良好的隐蔽性和高效的作用，广泛应用于反潜、海上反导、扫雷、水下导航等领域。
特别是在反潜和海上反导方面，水声设备的作用非常重要。
（2）海洋领域水声设备在海洋领域的应用范围也非常广泛，主要包括海底地形测量、海洋环境监测、鱼类调查与养殖、海洋油气勘查、海洋地震监测等方面。
（3）水产领域在水产领域，水声设备主要应用于鱼群调查、虾卵分布观测、水下水质监测、鱼箱定位等领域。
（4）民用领域在民用领域，水声设备也有很广泛的应用，特别是在水下作业、水下拍摄等方面。
2. 市场发展趋势随着科技的不断进步和人们对水下环境的需求不断增加，水声设备市场仍将保持高速增长。
（1）智能化随着数字技术和传感技术的发展，水声设备将不断智能化，例如：应用人工智能、大数据技术等，使得水声设备在探测精度和数据处理能力方面有了更好的发展。
（2）多元化水声设备的多元化应用将成为市场的一个新趋势，同时也将提供更加丰富的应用场景和更加广泛的市场需求。
（3）节能环保随着全球对生态环境保护要求的不断提高，节能环保也正在成为水声设备市场的一大发展趋势。
三、国内市场情况在国内，水声设备的需求不断增加，使用领域也不断扩大。
现阶段我国在水声设备领域已经取得了很大的进展，然而与发达国家相比，仍有很大差距，且市场集中度不高。
1. 行业瓶颈在国内，水声设备行业存在一些瓶颈问题：（1）技术水平不高目前，我国在水声设备技术方面与国外先进水平相比还存在差距。
2024年水声设备市场分析现状
2024年水声设备市场分析现状引言水声设备是一种用于水下通信、水下测量和水下导航的专用设备。
随着深海开发和海洋资源开发的持续增加，水声设备市场正在经历快速增长。
本文将对水声设备市场的现状进行深入分析，包括市场规模、市场发展趋势以及市场的主要竞争对手。
市场规模水声设备市场的规模正在不断扩大。
根据市场研究公司的数据，水声设备市场在过去几年中每年以10%的速度增长。
2020年，全球水声设备市场规模达到了XX亿美元。
预计到2025年，市场规模将达到XX亿美元。
市场发展趋势1. 深海开发的增加随着深海开发的不断增加，对水声设备的需求也在增加。
深海矿产资源的开采、油气田的勘探以及海洋科学研究都需要高性能的水声设备。
这些需求推动了水声设备市场的发展。
2. 海洋生态保护的重要性随着人们对海洋生态环境保护意识的增强，水声设备在海洋生态保护中的应用也越来越重要。
水声设备可以用于监测海洋生物和底层地形，为环保工作提供重要数据支持。
3. 技术创新的驱动水声设备市场受益于技术创新的推动。
新的水声通信技术、水下测量技术和水下导航技术的不断发展，为市场带来了新的增长机遇。
例如，超声速通信技术和多波束声纳技术等都是近年来的重要技术创新。
市场竞争对手水声设备市场竞争激烈，主要竞争对手包括以下几个方面：1. 美国公司美国是全球水声设备市场的领导者之一。
美国公司在水声通信、水下测量和水下导航等领域具有较强的技术实力和市场影响力。
2. 欧洲公司欧洲地区也有许多水声设备制造商。
这些公司在技术研发和产品创新方面表现优秀，与美国公司形成了市场竞争。
3. 亚洲公司亚洲地区的水声设备市场也在快速增长。
中国和日本等亚洲国家的公司在水声设备领域投入较多，并取得了一定的市场份额。
结论水声设备市场正处于快速增长阶段，未来有望继续保持良好的发展势头。
深海开发的增加、海洋生态保护的重要性以及技术创新的驱动是市场发展的主要推动力。
在激烈竞争的市场环境下，公司需要不断提升技术实力和创新能力，以应对市场挑战，获得更大的市场份额。
水声换能器的背景与发展现状
为什么需要宽带？
换能器的带宽对信号传输有着非常重要的影响。在频域， 影响传输声信号的频谱；在时域，影响信号的波形。
宽带的好处
1.换能器能够宽带发射，使发射信号不局限于单频脉冲， 还可以发射调频信号。
2.对于通讯声纳和水下机器人，宽带换能器可以提高信号 的传输速率、提高通讯的可靠性和保密性、降低误码率。
为什么需要大功率？
远程声呐必然要求声呐具有很大的声功率 ，根据文献，在100Hz若要得到210dB（ 参考1μPa.m）声源级需要4×103W的辐 射声功率而在低频时辐射声阻抗中阻的分 量很小，导致辐射到水中的的声功率非常 小，即使机械换能效率很高，总效率也将 是低的，因而想要得到200dB以上的声源 级具有相当的难度。
多模耦合拓展带宽的原理
能够产生多模多谐振的方法主要是在一个振动系统中产生 两种以上模态的振动或者是调节一种模态的二次、三次倍 频与基频间隔。不同模态或阶次的组合频率响应不产生间 断和过深的凹谷以实现换能器宽带工作 。
各种Tonpilz换能器
带匹配层纵振振动换能器
混合激励换能器
双前盖板换能器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
纵弯耦合换能器
6、弯曲圆盘换能器
该换能器中间是金属片，正反两面粘附着压电陶 瓷圆片，利用压电陶瓷的厚度振动带动金属片的 弯曲振动，从而实现低频发射。
与之类似的三叠片换能器广泛应用于石油测井行 业。
四、水声换能器的测量
大型消声水池
桁车测量系统
换能器实验测量系统
谢谢
（4）弯张换能器的不利方面是：不适合大深度工作，原 因是传统的弯张换能器直接对壳体施加预应力，在深水中， 巨大的静水压力作用在壳体上，减少了有源材料的预应力， 从而使有效功率降低。
水声换能器研究现状与发展
Journal of Sensor Technology and Application 传感器技术与应用, 2023, 11(2), 194-201 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/jsta https:///10.12677/jsta.2023.112021水声换能器研究现状与发展吴锐锋，王一博，胡童颖，崔廷放广州海洋地质调查局，广东 广州收稿日期：2023年1月3日；录用日期：2023年3月22日；发布日期：2023年3月31日摘要水声换能器在现代海洋军事与海洋资源开发中有着举足轻重的地位。
本文通过阐述水声换能器功能性材料技术、换能器、水听器技术取得的国内外领先成果和应用现状，最后对我国水声换能器的发展动态谈些认识与展望。
关键词水声换能器，水听器技术，发展动态Progress and Development of Underwater Acoustic TransducerRuifeng Wu, Yibo Wang, Tongying Hu, Tingfang CuiGuangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou GuangdongReceived: Jan. 3rd , 2023; accepted: Mar. 22nd , 2023; published: Mar. 31st , 2023AbstractUnderwater acoustic transducer plays a pivotal role in modern marine military and marine re-source development. This paper expounds the leading achievements and application status of un-derwater acoustic transducer functional material technology, transducer and hydrophone tech-nology at home and abroad, then give the development trends of underwater acoustic transducer.KeywordsUnderwater Acoustic Transducer, Hydrophone Technology, Development Trends吴锐锋等Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言当今世界各国积极发展海洋军事的战略中不难发现，探测安静型、隐形化目标，发展海洋装备从而加强海上防御能力，都是不可或缺的一部分。
2024年水声设备市场发展现状
2024年水声设备市场发展现状引言水声设备是一种专门用于水下声音的获取、传递、处理和分析的设备。
随着深海海洋资源的开发和海洋环境监测的需求增加，水声设备市场得到了迅猛发展。
本文将对水声设备市场的发展现状进行分析，探讨其影响因素和潜在机遇。
市场规模及增长趋势水声设备市场在过去几年中实现了快速增长。
根据市场研究公司的数据，2019年全球水声设备市场规模达到XX亿美元，预计在2025年将增长至XX亿美元。
市场规模增长的主要驱动因素包括深海能源开发、海洋科学研究、海洋交通和通信等领域对水声设备的需求不断增加。
市场主要参与者目前，水声设备市场的竞争程度较高，市场主要参与者包括以下几类：1.传统水声设备制造商：这类制造商经过多年发展，积累了丰富的经验和技术，具备较强的研发能力和生产能力。
2.科技公司：随着技术的不断进步，一些科技公司开始涉足水声设备领域，积极探索新的技术和应用。
3.新兴企业：在市场竞争激烈的环境下，一些新兴企业通过技术创新和市场定位的差异化，努力获得市场份额。
主要产品类型和应用领域水声设备市场的主要产品类型包括声纳、水下通信设备、声学测量仪器等。
这些设备主要应用于海洋资源勘探、海洋环境监测、海底地质调查、水下通信等领域。
声纳技术是水声设备市场的核心技术之一，其在海洋资源勘探和海底地质调查方面具有重要作用。
市场影响因素分析水声设备市场的发展受多种因素的影响，包括以下几个方面：1.政策法规：政府对深海资源开发、环境保护和海洋科学研究的政策法规的制定和执行对市场发展具有重要影响。
2.技术进步：新的技术和应用的出现推动了水声设备市场的发展。
如高分辨率声纳技术的应用，提高了勘探和调查的效率。
3.市场需求：海洋资源的开发和保护需求不断增加，推动了水声设备市场的扩大。
4.竞争格局：市场竞争程度和市场份额分配对市场发展起到了重要影响。
潜在机遇与挑战水声设备市场的发展面临着一些机遇和挑战。
潜在机遇包括：1.新技术的应用拓展市场。
专题报告
新型水声换能器与换能器新技术声波是迄今为止人类所掌握的唯一能在浩瀚大海中远距离传递信息和能量的载体在陆地上人们利用电磁波研制了雷达类似地人们利用声波这种信息载体研制了对水下目标实现探测定位识别和通信的电子设备声纳面对广阔的海洋声纳肩负着重要的使命触及浩瀚大海的各个角落识别其中形色各异的事物告诉人们海底世界的真面目协助人们探究海洋的奥秘成为水下通信导航水产渔业海洋资源开发海洋地质地貌探测军事武器等领域的重要手段声波之所以成为水下最佳信息载体.随着声纳技术应用领域的不断扩大,军事对抗及作战需求的日益提高,新原理、新技术、新型声纳设备纷纷涌现,层出不穷.新型声纳技术的发展要求带动了换能器技术的飞速发展,同样换能器领域的技术突破和新材料、新机理、新结构换能器的发展,也让声纳系统“耳目一新”,主要包括新材料水声换能器、新结构新机理水声换能器、新型水听器技术、宽带换能器技术等等.换能器是声纳系统中实现能量转换的器件.在换能器中,有一种特殊的材料具有能量转换的本领,这种材料叫做功能材料.用来制作换能器的功能材料主要包括压电材料(如压电晶体、压电陶瓷、压电聚合物等)和磁致伸缩材料(如镍、钴、镍铁合金、铁氧体、稀土铁合金等),它们分别利用压电效应和磁致伸缩效应实现电场能或磁场能与机械能之间的相互转换.换能器技术的突破根本上决定于功能材料的技术突破.近些年功能材料领域取得了方方面面的技术成就,也给换能器技术的发展带来了曙光.1963年,美国的Clark博士发现镧系稀土材料有惊人的磁致伸缩特性,但由于居里点低于室温而没有得到实际应用.后来人们发现稀土元素和铁等组成二元、三元或四元合金在室温下也具有超磁致伸缩特性,其中最具代表性的稀土合金是Terfenol-D,它已成为20世纪80年代以来倍受关注的新型功能材料.弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(简称PMN-PT)和铌锌酸铅-钛酸铅(简称PZN-PT),是新型的复合钙钛矿型晶体材料,也是异军突起的一类很有应用前景的新型功能材料.在此之前,换能器材料曾经普遍使用过镍,1917年,法国科学家朗之万用石英晶体制造了声纳换能器,开创了压电材料在声纳上应用的先例;20世纪40年代,具有较强压电性能的BaTiO3陶瓷研制成功,在第二次世界大战期间被广泛用于声纳系统;50年代发展起来的PZT压电陶瓷,以其较宽的工作温度范围和优良的机电转换效率弥补了Ba2TiO3陶瓷的不足,一度成为水声换能器的首选材料,其中高能量密度的压电陶瓷材料是PZT-8.对稀土合金材料在低温条件下的磁致伸缩本领比室温条件下更大,如77K温度下Tb0.6Dy0.4材料的磁致伸缩应变最高值为0.65%,而Terfenol-D在室温条件下磁致伸缩应变最高值为0.25%.,近些年人们还是愿意采用室温条件工作的Terfenol-D材料,舍弃一些磁致伸缩应变,而代之以新结构形式实现优良的辐射性能.下面简要介绍几种结构磁致伸缩材料水声换能器方面的研究进展.纵向换能器结构简单,磁致伸缩棒与前辐射头和尾质量块结合成类似一维振动系统,前辐射头一般为轻质材料,尾质量块一般为密度大的材料,以实现辐射面输出更大的振动位移.Dubus等弛豫铁电材料水声换能器弛豫铁电材料是一类颇有潜力的功能材料,可分为电致伸缩陶瓷类型和弛豫铁电单晶类型,弛豫铁电单晶比电致伸缩陶瓷材料制作工艺要复杂得多.已有研究者用这类材料制作了多种类型换能器,如弯张换能器、纵向换能器等.这类材料的换能器制作技术比较复杂,需要加直流偏置电场,施加预应力,控制工艺温度等.利用PMN-PT-BT(铌镁酸铅-钛酸铅-钛酸钡)电致伸缩陶瓷研制了IV型弯张换能器所研制的换能器还没有最大限度地发挥材料的潜力,这方面的工作在今后一个时期内仍是水声换能器领域需要深入探索的热点问题之用PMN-PT弛豫铁电单晶材料研究了64路3.5MHz超声探头,用于医用B超和Doppler彩色超声成像设备,暗示了弛豫铁电单晶材料在高频图像声纳中的应用前景.钹型(cymbal)换能器是一种类似于弯张换能器的新型结构换能器,每只钹型换能器由一个对PZT压电陶瓷圆片与一对金属帽粘接起来构成,PZT压电陶瓷圆片施加交变电压,产生径向振动激发金属帽作弯曲振动,换能器凸起的金属帽产生“胀起-缩扁”的交替振动,辐射声波.同样交变的压力波作用到金属帽上时,会将压力传递到PZT压电陶瓷圆片,在陶瓷片的两极输出交变电压,用作接收换能器.盘曲弹簧型低频压电换能器,将压电陶瓷加工成盘曲弹簧形状,压电陶瓷沿切向极化,然后构造激发电极对,电极对沿盘曲弹簧方向并由中间无电极的中性段隔开,形成外环电极对1和内环电极对2.如此在电极对上加激发电压V,外环电极对和内环电极对所控制的部分压电陶瓷会产生彼此相反的振动(伸张或收缩),激发弹簧系统伸缩运动带动活塞工作面振动并辐射声能.由于这种结构的刚度很小,所以具有低的谐振频率,可用作低频发射换能器,同样用作接收时,在低频段也具有较高的灵敏度,从压电方程出发,得出了这种类型换宽带换能器带宽特性是换能器的重要指标,换能器的带宽特性影响着传递信号的频谱特性和波形,在采用复杂形式的信号以及运用脉冲压缩等现代信号处理技术时要求换能器必须具有足够的带宽,否则将会造成信号失真或影响信号处理的效果.不夸张地说,宽带换能器是声纳信号处理技术的瓶颈,没有宽带换能器,信号处理就像一位卓越的词曲作家面对一位五音不全的歌手一样尴尬.宽带换能器如此之重要,使换能器的宽带设计成为人们长期不懈努力的科研方向之一.换能器实现宽带的重要手段是利用多谐振模耦合作用,如纵向换能器的纵振模-辐射头弯曲模耦合、纵向换能器的双激励振动模耦合、纵向换能器匹配层技术实现双纵振模耦合、弯张换能器葫芦式结构双弯曲模耦合、溢流式圆环换能器径向振动-液腔共振模耦合、多模共振腔耦合宽带换能器等等,.在纵向宽带换能器设计中顺性垫圈用功能材料代替,设计成双激励、三激励纵向宽带换能器,具有更强大的辐射能力.采用稀土超磁致伸缩材料与PZT混合组成的双激励宽带纵向换能器.矢量水听器水下声场的矢量信息包括声压梯度、质点加速度、质点振速、质点位移等参量,对这些矢量信息进行感知的一类水声换能器称为矢量水听器,目前矢量水听器在国内外应用已成为热门的研究方向之一.根据换能器与声场相互作用的方式,矢量水听器可分为双水听器型、外壳静止型、同振型等等.双水听器型比较直观,是利用一对声压水听器测量水下相距很近的两点声压差来检测声压梯度;外壳静止型,设计外壳为重质量块,连接在外壳上的敏感元件直接与声场作用,检测压差信号;同振型,通过固定框架柔性悬挂一个平均密度与水近似相等、尺度远小于工作波长的球(或柱)体,该球(或柱)体随水介质一同振动而得名“同振型”,声波不直接作用在敏感元件上,而是由惯性力转移到与内部质量块相连的敏感元件上.矢量水听器的突出特点是具有偶极子指向性,也因此有着重要的应用.光纤水听器光纤水听器是一种通过检测声场中声信号引起的光纤中传播光的强度、偏振、相位等变化而感知水声信号的传感器.较常用的类型是干涉型光纤水听器.干涉型光纤水听器的结构与拾振原理,它利用光纤相干检测技术感知声信号引起相位变化来进行水声信号探测.光纤水听器具有灵敏度高、抗电磁干扰、易于成阵等特点,国内一些研究单位已经利用这种类型的光纤水听器进行海上基阵试验,,并研制成功三维同振球干涉型光纤矢量水听器.近些年又发展起来光纤光栅水听器.所谓光纤光栅就是采用某种技术使光纤纤芯的折射率分布沿纵向呈一定周期变化,光纤光栅水听器是以光栅的中心波长随感知声参量变化而移动为原理.目前,光纤光栅水听器一般基于光纤布拉格光栅原理实现水声信号检测.光纤光栅水听器除了具有干涉型光纤水听器的高灵敏度、不受电磁干扰、可远距离传输等特点外,还具有潜在的探头微型化易于波分复用等特点.另外,可通过在一根光纤上刻写多个不同波长光栅的方法来实现水下多点信号的同步检测,这使得水听器成阵和网络化更加方便.。
2023年水声设备行业市场前景分析
2023年水声设备行业市场前景分析随着人们对海洋的关注度越来越高，水声设备作为水下探测、通讯、声纳等重要工具，也成为了市场上备受关注的行业之一。
下面就从行业现状、市场需求、技术创新等方面对水声设备行业的市场前景进行分析。
一、行业现状目前，全球水声设备市场规模已经开始扩大，预计到2025年将达到200亿美元。
其中水声成像设备、声纳以及水下通信设备将成为市场上的主要产品。
水声设备的应用范围也越来越广泛，在军事、民用及科研等领域有大量的应用。
如在海洋调查、环境监测、天然气、石油勘探中，都需要使用到水声设备。
在水产养殖、海洋渔业中，水声设备也起着重要的作用。
在科研中，水声设备既可以用于海洋生物学研究，也可以用于海底地质学等学科中。
目前全球水声设备市场主要由美国、欧洲以及日本等发达国家占主导地位。
但是，由于我国海洋工程事业的迅猛发展，对水声设备的市场需求也越来越大，我国水声设备市场发展潜力巨大。
二、市场需求就国内的市场需求来看，随着我国经济的快速增长，对海上能源、国防、环境保护等领域的需求越来越大。
在海上能源领域，海洋油气、海上风电等产业需要使用到大量的水声设备来进行探测、监测、测量等工作。
在国防领域，水声设备被广泛应用于海军、海警等单位，用于海上情报收集、水下目标探测、通信等。
在环境保护领域，水声设备可以用于测量水文、水质、水流等环境数据，又可以用于海洋生态保护、渔业资源调查等领域。
此外，随着旅游产业的不断发展，水下观光等新兴产业也越来越受到关注和重视，对水声设备的市场需求也将会增加。
三、技术创新技术创新是促进水声设备行业快速发展的重要保障。
随着科技的不断进步，水声设备在功能上、性能上不断得到提升。
如超宽频水声成像技术、新型水声阵列等技术的出现，使得水声测量的开展更为精准、方便；水下通信技术的发展，推动了远程遥控、调度等工作的实现。
目前，全球水声设备市场的发展趋势主要集中在技术创新方面，如研发出更加高效的水声成像、测量技术、开发出更加智能化、安全性更高的水下机器人等产品。
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1 引言
近年来，随着水声换能器技术、信号检测技术、 声传播理论和应用的快速发展，水声对抗技术也随 之得到发展并日益受到各国海军的高度重视，它不 仅是提高各种舰艇和潜艇自身生存能力的重要措 施，同时也是取得水下作战主动权的决定性因素之一。
电陶瓷圆柱烧结的难题，容易制作大尺寸的低频换
能器。3）外形结构利于声诱饵的共形安装。该类
型换能器可以满足数百赫兹至十几千赫兹的大功
∗ 收稿日期：2018 年 2 月 7 日，修回日期：2018 年 3 月 15 日 作者简介：吕琳，男，工程师，研究方向：舰艇作战系统试验总体。
2018 年第 8 期
舰船电子工程
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分为常规换能器和新型换能器两个部分，接下来将 分别阐述。
2 常规换能器
目前水声对抗换能器有圆管换能器、镶拼圆环 换能器、弯张换能器等等，这些换能器都具有大功 率、大开角的特点，非常适合应用于水声对抗器材上。 2.1 圆管换能器
圆管换能器是最常用的声学换能器单元之一， 其结构简单、成本低廉、工作性能稳定，特别是其水 平方向不呈现指向性的特点，非常适合应用于水声 对抗器材中。国际上多型中小口径声诱饵均选用 圆管换能器。如意大利的 C3xx 等［13］。圆管换能器 结构见图 1，外形呈薄壁圆管结构，使用中常采用 封装和自由溢流两种方式，自由溢流式换能器内腔 可进海水，适合做深水发射器，其发射工作频率一 般在数十千赫左右。工作带宽约为 1 个倍频程。 近年来，国内外有学者利用换能器的径向模态和长 度模态耦合，研制出 2～3 个倍频程工作带宽的圆 管换能器，进一步提高了圆管换能器的工作性能［5］。
Actuality and Development of Transducers For Underwater Acoustic Countermine Equipment
LV Lin （Unit 92，No. 91388 Troops of PLA，Zhanjiang 524022）
Abstract Along with the development of the navy tactic，the technology of underwater acoustic countermine is attached impor⁃ tance to in the past several years. Transducer is the hardcore of the underwater acoustic countermine equipment，whose performance is depended mostly on it. The article introduce the familiar transducers，such as piezoeletric ring、mosaic cylindrical，flextensional and so on，which is used in underwater acoustic countermine equipment inland，and look ahead the new type of the transducer that is towardly used in the underwater acoustic countermine equipment in the future.
Vol. 38 No. 8 10
舰船电子工程 Ship Electronic Engineering
总第 290 期 201总8 年第第2980 期
水声对抗器材用换能器的现状与发展∗
吕琳
（91388 部队 91 分队 湛江 524022）
摘 要 随着水声技术和鱼雷技术的发展，水声对抗技术也在不断提高。换能器是水声对抗器材的核心部件，它的好
图 1 圆智换能器结构图
2.2 镶拼圆环换能器 镶拼圆环换能器如图 2 所示，换能器由 n 个同
样尺寸的梯形陶瓷片镶嵌而成，陶瓷片的极化方向
沿切线方向。为避免不同压电陶瓷片之间振动方
式不一致，相邻两片压电陶瓷片极化方向相反，陶
瓷片采用并联方式连接。该类型换能器有下列优
点：1）具有较大的机电耦合系数；2）克服了大型压
坏在很大程度上决定了水声对抗器材的作战效能。介绍了目前水声对抗器材中常用的换能器类型，如圆管型换能器、镶拼
圆环型换能器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ弯张换能器等等，并对一些有望应用于水声对抗器材的新型换能器作了展望。
关键词 水声对抗器材；换能器
中图分类号 TB556
DOI：10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2018. 08. 003
用最广泛的对抗器材就是软对抗器材，其发展历史 较长，技术较完善，对抗效果也较好。硬对抗是新 发展的技术，软硬结合是水声对抗技术的发展趋势。
水声对抗器材通常通过器材发射管或鱼雷发 射管发射，对器材的直径、体积和质量等有严格的 限制。随着装备技术的发展，舰艇设备数量逐渐增 多，舰艇空间日益紧张。为了在不降低水面舰和潜 艇（以下简称舰艇）载弹量（即攻击性能）的前提下 提高舰艇水声对抗能力，必然对水声对抗器材的体 积重量提出更高的要求，同时，出于对抗敌远程主 动和被动声呐的需要，水声对抗器材也提出将工作 频率向甚低频拓展的目标，以上因素决定了作为水 声对抗器材核心部件的换能器（以下简称水声对抗 换能器）具有低频、宽带、大功率、小尺寸的鲜明的 特点。本文对水声对抗换能器的发展进行了介绍，
水声对抗按对象可分为声纳对抗和鱼雷对 抗。声纳对抗手段包括诱骗、干扰、压制等，使声纳 丢失目标或出现假目标。鱼雷对抗则包括对鱼雷 的检测、预警和杀伤等。其中杀伤方式可分为软杀 伤和硬杀伤。软杀伤是指利用诱骗、干扰、压制手 段使来袭鱼雷迷失方向或者航程耗尽。硬杀伤是 指采用爆炸、撞击、引爆、拦截等方式使鱼雷受到毁 伤或航程截止。目前，水声对抗领域装备最多、应