新一代水下聲納傳感器具有更高的靈敏度
來源：http://sanctuaryinlakeelmo.com 作者：億金電子 2019年01月17
聲吶作為水聲學(xué)中應(yīng)用最廣泛,最重要的一種聲學(xué)裝置.它可以利用聲波可以在水中傳遞的特性進(jìn)行探測(cè),定位和通信等一系列行為.很多人會(huì)感到疑問,為什么是聲波不是電磁波呢？因?yàn)殡姶挪ㄒ话闶窃诳諝庵袀鞑サ?而海水是導(dǎo)電的,電磁波會(huì)被海水本身所屏蔽,而聲波卻不會(huì)收到這些影響,根據(jù)這個(gè)特性,許許多多的聲吶設(shè)備就被研究出來了.
PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶是近年來水聲學(xué)最重要的技術(shù)進(jìn)步之一。PMN-PT和PIN-PMN-PT晶體為水下傳感器提供了極大的靈敏度和更寬的帶寬。這是由于單晶體的機(jī)電耦合系數(shù)要高得多，而且與標(biāo)準(zhǔn)PZT壓電陶瓷晶振相比，機(jī)電應(yīng)變要高出幾倍。與使用標(biāo)準(zhǔn)PZT相比，當(dāng)使用PMN-PT和PIN-PMNPT單晶時(shí)，這導(dǎo)致性能更高的水下傳感器。因此，利用單晶材料可以為水下聲納應(yīng)用提供性能突破。
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與傳統(tǒng)PZT材料相比，PMN-PT或PIN-PMN-PT單晶在聲納應(yīng)用中的主要優(yōu)點(diǎn)可歸納為：
1.更寬的帶寬
工業(yè)應(yīng)用以及已發(fā)表的石英晶振研究已經(jīng)證明，利用PMN-PT作為聲納傳感器的最大優(yōu)勢(shì)之一是帶寬的增加。聲納換能器的設(shè)計(jì)和性能可以大大提高，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的PZT相比，由于PMN-PT提供的機(jī)電耦合系數(shù)高得多（平均比傳統(tǒng)PZT高20％）和更高的機(jī)電應(yīng)變。
2.更小的外形
單晶換能器的設(shè)計(jì)對(duì)于充分利用單晶的潛在優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。由于其較高的壓電性能，單晶壓電石英晶體通過減少所需的壓電元件的數(shù)量而允許更小的形狀因子換能器設(shè)計(jì)。因此，這不僅提供了溫補(bǔ)晶振簡化的設(shè)計(jì)，而且還提供了重量和功率優(yōu)勢(shì)。此外，如果正確包裝，已經(jīng)證明它們與傳統(tǒng)的PZT材料一樣耐沖擊測(cè)試。
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3.系統(tǒng)級(jí)優(yōu)勢(shì)
單晶材料不僅在傳感器級(jí)別上提供優(yōu)勢(shì)，而且在系統(tǒng)級(jí)別也具有優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)PZT相比，具有壓電單晶的下一代聲納傳感器可以使用更少數(shù)量的元件，同時(shí)極大地提高了性能。結(jié)果，可以在較低的功耗水平下實(shí)現(xiàn)更高的性能。較低的功耗還有助于有源晶振在部署時(shí)延長整個(gè)聲納系統(tǒng)的電池壽命。一旦部署了聲納系統(tǒng)，提高電池性能不僅可以延長系統(tǒng)的使用壽命，還可以縮短部署周期，維護(hù)時(shí)間和成本
已發(fā)表的研究證明;
1.在電壓輸出和帶寬方面，采用PMN-PT晶體的聲納換能器在接收模式下的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PZT材料。
2.與傳統(tǒng)PZT相比，PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶在整個(gè)電場(chǎng)范圍內(nèi)顯示出明顯更大的KT33值（機(jī)電耦合系數(shù)）。
3.與標(biāo)準(zhǔn)PZT相比，PMN-PT制造的超聲換能器1-3復(fù)合材料的厚度耦合系數(shù)增加了兩倍以上.
4.在采用單相活性材料制成的單元件換能器中，PMN-PT材料在所有轉(zhuǎn)換模式下均優(yōu)于PZT-5H陶瓷（PMN-PT單晶的發(fā)射-接收模式電壓輸出更高）
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水聲探測(cè)技術(shù)現(xiàn)在是進(jìn)行水下探測(cè)作業(yè)的主要手段,之前就有過中國漁民打撈美國聲吶的新聞,以前聲吶系統(tǒng)更多的使用在軍事上,隨著對(duì)于海洋開發(fā)的越發(fā)重視,大量民用技術(shù)也出現(xiàn)了,這和許許多多的晶振產(chǎn)品是密不可分的.
PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶是近年來水聲學(xué)最重要的技術(shù)進(jìn)步之一。PMN-PT和PIN-PMN-PT晶體為水下傳感器提供了極大的靈敏度和更寬的帶寬。這是由于單晶體的機(jī)電耦合系數(shù)要高得多，而且與標(biāo)準(zhǔn)PZT壓電陶瓷晶振相比，機(jī)電應(yīng)變要高出幾倍。與使用標(biāo)準(zhǔn)PZT相比，當(dāng)使用PMN-PT和PIN-PMNPT單晶時(shí)，這導(dǎo)致性能更高的水下傳感器。因此，利用單晶材料可以為水下聲納應(yīng)用提供性能突破。
1.更寬的帶寬
工業(yè)應(yīng)用以及已發(fā)表的石英晶振研究已經(jīng)證明，利用PMN-PT作為聲納傳感器的最大優(yōu)勢(shì)之一是帶寬的增加。聲納換能器的設(shè)計(jì)和性能可以大大提高，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的PZT相比，由于PMN-PT提供的機(jī)電耦合系數(shù)高得多（平均比傳統(tǒng)PZT高20％）和更高的機(jī)電應(yīng)變。
2.更小的外形
單晶換能器的設(shè)計(jì)對(duì)于充分利用單晶的潛在優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。由于其較高的壓電性能，單晶壓電石英晶體通過減少所需的壓電元件的數(shù)量而允許更小的形狀因子換能器設(shè)計(jì)。因此，這不僅提供了溫補(bǔ)晶振簡化的設(shè)計(jì)，而且還提供了重量和功率優(yōu)勢(shì)。此外，如果正確包裝，已經(jīng)證明它們與傳統(tǒng)的PZT材料一樣耐沖擊測(cè)試。
單晶材料不僅在傳感器級(jí)別上提供優(yōu)勢(shì)，而且在系統(tǒng)級(jí)別也具有優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)PZT相比，具有壓電單晶的下一代聲納傳感器可以使用更少數(shù)量的元件，同時(shí)極大地提高了性能。結(jié)果，可以在較低的功耗水平下實(shí)現(xiàn)更高的性能。較低的功耗還有助于有源晶振在部署時(shí)延長整個(gè)聲納系統(tǒng)的電池壽命。一旦部署了聲納系統(tǒng)，提高電池性能不僅可以延長系統(tǒng)的使用壽命，還可以縮短部署周期，維護(hù)時(shí)間和成本
已發(fā)表的研究證明;
1.在電壓輸出和帶寬方面，采用PMN-PT晶體的聲納換能器在接收模式下的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PZT材料。
2.與傳統(tǒng)PZT相比，PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶在整個(gè)電場(chǎng)范圍內(nèi)顯示出明顯更大的KT33值（機(jī)電耦合系數(shù)）。
3.與標(biāo)準(zhǔn)PZT相比，PMN-PT制造的超聲換能器1-3復(fù)合材料的厚度耦合系數(shù)增加了兩倍以上.
4.在采用單相活性材料制成的單元件換能器中，PMN-PT材料在所有轉(zhuǎn)換模式下均優(yōu)于PZT-5H陶瓷（PMN-PT單晶的發(fā)射-接收模式電壓輸出更高）
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