新一代水下聲納傳感器具有更高的靈敏度
來源：http://www.jgqus.cn 作者：億金電子 2019年01月17
聲吶作為水聲學中應用最廣泛,最重要的一種聲學裝置.它可以利用聲波可以在水中傳遞的特性進行探測,定位和通信等一系列行為.很多人會感到疑問,為什么是聲波不是電磁波呢？因為電磁波一般是在空氣中傳播的,而海水是導電的,電磁波會被海水本身所屏蔽,而聲波卻不會收到這些影響,根據這個特性,許許多多的聲吶設備就被研究出來了.
PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶是近年來水聲學最重要的技術進步之一。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電耦合系數要高得多，而且與標準PZT壓電陶瓷晶振相比，機電應變要高出幾倍。與使用標準PZT相比，當使用PMN-PT和PIN-PMNPT單晶時，這導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用提供性能突破。
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與傳統PZT材料相比，PMN-PT或PIN-PMN-PT單晶在聲納應用中的主要優點可歸納為：
1.更寬的帶寬
工業應用以及已發表的石英晶振研究已經證明，利用PMN-PT作為聲納傳感器的最大優勢之一是帶寬的增加。聲納換能器的設計和性能可以大大提高，因為與傳統的PZT相比，由于PMN-PT提供的機電耦合系數高得多（平均比傳統PZT高20％）和更高的機電應變。
2.更小的外形
單晶換能器的設計對于充分利用單晶的潛在優勢至關重要。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量而允許更小的形狀因子換能器設計。因此，這不僅提供了溫補晶振簡化的設計，而且還提供了重量和功率優勢。此外，如果正確包裝，已經證明它們與傳統的PZT材料一樣耐沖擊測試。
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3.系統級優勢
單晶材料不僅在傳感器級別上提供優勢，而且在系統級別也具有優勢。與傳統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量的元件，同時極大地提高了性能。結果，可以在較低的功耗水平下實現更高的性能。較低的功耗還有助于有源晶振在部署時延長整個聲納系統的電池壽命。一旦部署了聲納系統，提高電池性能不僅可以延長系統的使用壽命，還可以縮短部署周期，維護時間和成本
已發表的研究證明;
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于傳統的PZT材料。
2.與傳統PZT相比，PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶在整個電場范圍內顯示出明顯更大的KT33值（機電耦合系數）。
3.與標準PZT相比，PMN-PT制造的超聲換能器1-3復合材料的厚度耦合系數增加了兩倍以上.
4.在采用單相活性材料制成的單元件換能器中，PMN-PT材料在所有轉換模式下均優于PZT-5H陶瓷（PMN-PT單晶的發射-接收模式電壓輸出更高）
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水聲探測技術現在是進行水下探測作業的主要手段,之前就有過中國漁民打撈美國聲吶的新聞,以前聲吶系統更多的使用在軍事上,隨著對于海洋開發的越發重視,大量民用技術也出現了,這和許許多多的晶振產品是密不可分的.
PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶是近年來水聲學最重要的技術進步之一。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電耦合系數要高得多，而且與標準PZT壓電陶瓷晶振相比，機電應變要高出幾倍。與使用標準PZT相比，當使用PMN-PT和PIN-PMNPT單晶時，這導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用提供性能突破。
1.更寬的帶寬
工業應用以及已發表的石英晶振研究已經證明，利用PMN-PT作為聲納傳感器的最大優勢之一是帶寬的增加。聲納換能器的設計和性能可以大大提高，因為與傳統的PZT相比，由于PMN-PT提供的機電耦合系數高得多（平均比傳統PZT高20％）和更高的機電應變。
2.更小的外形
單晶換能器的設計對于充分利用單晶的潛在優勢至關重要。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量而允許更小的形狀因子換能器設計。因此，這不僅提供了溫補晶振簡化的設計，而且還提供了重量和功率優勢。此外，如果正確包裝，已經證明它們與傳統的PZT材料一樣耐沖擊測試。
單晶材料不僅在傳感器級別上提供優勢，而且在系統級別也具有優勢。與傳統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量的元件，同時極大地提高了性能。結果，可以在較低的功耗水平下實現更高的性能。較低的功耗還有助于有源晶振在部署時延長整個聲納系統的電池壽命。一旦部署了聲納系統，提高電池性能不僅可以延長系統的使用壽命，還可以縮短部署周期，維護時間和成本
已發表的研究證明;
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于傳統的PZT材料。
2.與傳統PZT相比，PMN-PT和PIN-PMN-PT單晶在整個電場范圍內顯示出明顯更大的KT33值（機電耦合系數）。
3.與標準PZT相比，PMN-PT制造的超聲換能器1-3復合材料的厚度耦合系數增加了兩倍以上.
4.在采用單相活性材料制成的單元件換能器中，PMN-PT材料在所有轉換模式下均優于PZT-5H陶瓷（PMN-PT單晶的發射-接收模式電壓輸出更高）
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