新一代水下聲納傳感器具有更高的靈敏度
來源：http://review-result.com 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(jù)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(shù)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(tǒng)PZT材料相比，PMN-PT或PIN-PMN-PT單晶在聲納應用中的主要優(yōu)點可歸納為：
1.更寬的帶寬
工業(yè)應用以及已發(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(tǒng)的PZT相比，由于PMN-PT提供的機電耦合系數(shù)高得多（平均比傳統(tǒng)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(yōu)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(shù)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(yōu)勢。此外，如果正確包裝，已經(jīng)證明它們與傳統(tǒng)的PZT材料一樣耐沖擊測試。
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3.系統(tǒng)級優(yōu)勢
單晶材料不僅在傳感器級別上提供優(yōu)勢，而且在系統(tǒng)級別也具有優(yōu)勢。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，同時極大地提高了性能。結果，可以在較低的功耗水平下實現(xiàn)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(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，維護時間和成本
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單晶在整個電場范圍內(nèi)顯示出明顯更大的KT33值（機電耦合系數(shù)）。
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(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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水聲探測技術現(xiàn)在是進行水下探測作業(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,隨著對于海洋開發(fā)的越發(fā)重視,大量民用技術也出現(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(shù)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(yè)應用以及已發(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(tǒng)的PZT相比，由于PMN-PT提供的機電耦合系數(shù)高得多（平均比傳統(tǒng)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(yōu)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(shù)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(yōu)勢。此外，如果正確包裝，已經(jīng)證明它們與傳統(tǒng)的PZT材料一樣耐沖擊測試。
單晶材料不僅在傳感器級別上提供優(yōu)勢，而且在系統(tǒng)級別也具有優(yōu)勢。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，同時極大地提高了性能。結果，可以在較低的功耗水平下實現(xiàn)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(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，維護時間和成本
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單晶在整個電場范圍內(nèi)顯示出明顯更大的KT33值（機電耦合系數(shù)）。
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(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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