概念题：1．换能器：能够发射或接收声波，并完成声波所携带的信息和能量与电的信息和能量装换的装置，就称为电声换能器，简称换能器。

2．等效电路法：将换能器看为做机械振动的弹性体，依据波动理论可以得到它的机械振动方程，根据电路的规律可以得到电路状态方程，根据压电方程和机电类比可以建立换能器的机电等效图，换能器的工作特性和参数就可以通过机电等效图来求得。

（优点：物理意义明确，缺点：通常是一维分析，适用于简单结构）3．有限元法：是以变分原理和剖分插值原理为基础，将待分析模型想象的划分成一系列单元，构造单元插值函数，将单元内部点的状态用单元节点状态的差值函数来近似描述。

这样就将实际的物理问题转化成求解单元节点状态的代数方程组问题。

（优点：分析任意结构的换能器；结果直观准确；工作状态仿真；应用广泛）4．居里点：压电陶瓷的性能随温度变化，温度超过某一温度时压电性能会完全消失。

5．自发形变：在压电陶瓷的晶格结构中，晶胞的大小形状与温度相关，t>Tc(居里温度)，立方晶胞；t<Tc，c边增大，a、b边缩小，菱方晶胞，由于这种变化时温度变化时晶胞自发产生形变，因此称为自发形变。

6．自发极化：在居里温度Tc以下，晶胞发生自发形变的同时，又自发产生电矩，电矩的方向是沿着边长增大的方向，就是自发极化。

7．电畴：在发生自发极化时，晶体内会出现一些小区域，每个区域内部的晶胞极化方向相同，相邻的区域极化方向不同，这种自发极化方向一致的区域成为电畴。

8．极化强度：单位体积内电矩的矢量和。

9．去极化状态：压电陶瓷内部包含许多电畴，极化方向杂乱无章，沿空间各方向均匀分布，因此电矩的矢量和为零，即极化强度为零，这种状态被称作去极化状态。

10．极化系数x：极化强度P与电场强度E之间的比值，是一个表征材料介电性能的物理量。

11．介电系数ε：介电系数是电位移D与电场强度E的比值。

12．倒介电系数：电场强度E与电位移D的比值。

13．正压电效应：压电陶瓷在受到外力作用时，除产生形变和内部产生应力外，还会产生极化强度和电位移，而且产生的极化强度和点位移与应变和应力成正比。

14．反向压电效应：压电陶瓷在受到电场作用时，除产生极化强度和点位移外，还会发生形变和内部产生应力，而且产生的应变和应力与极化强度和电位移成正比。

15．压电陶瓷的点位移在量值上等于电极面上自由电荷的面密度。

16．纵振动复合棒换能器：纵振动复合棒换能器也称夹心式换能器，是一种常用的大功率换能器，它以较小的重量获得大的能量密度，广泛应用于水声和超声领域。

17．发射换能器性能指标：（1）工作频率：依声呐方程确定；发射换能器通常工作在谐振频率上，可以获得大功率和高效率。

（2）频带宽度：在换能器的发射响应曲线上低于最大响应3db的两个频率差定义为换能器的-3db频带宽度，简称带宽。

（3）机械品质因数Qm=f0/delta f=f0/(f2-f1),谐振频率f0与带宽delta f的比值（4）指向性：换能器或基阵的发射响应或接收灵敏度的幅值随方位角变化而变化的一种特征（远场）。

（5）阻抗特性（辐射阻越大越好）（6）发射响应（发射灵敏度）：换能器或基阵在指定方向上，距其等效声中心1米远处所产生的球面波自由场声压与其输入端电学量之比。

（7）声源级：在声场中指定方向上，距发射器等效声中心1米远处，所产生的球面波自由场声压对应平面行波的声强级（远场）。

（8）辐射声功率：描述发射器在单位时间内向水介质中辐射能量多少的物理量（近场）。

（直接影响声纳的作用距离；随工作频率变化，谐振时最大；受到额定电压电流、机械强度和空化条件的限制）（9）发射效率（10）机电耦合系数：（机电耦合系数是在理想状态下定义的，在理想状态下未转换的能量不是损耗掉，而是以弹性方式或介电方式储存起来。

）无损耗、无负载的压电振子在机械谐振时储存的机械能与储存的全部能量之比的平方根。

18．接收换能器的性能指标：接收灵敏度：（1）畸变系数r（伽马）：当接收器放入声场后，声波会在接受器表面发生衍射，实际作用在接收器表面的声压Pr与入射波声压Pf（自由场声压）之比。

（2）自由场电压灵敏度：换能器输出端的开路电压eoc与放入换能器前的放置换能器处自由场声压的比值。

（3）自由场电流灵敏度：换能器输出的短路电流与Pf的比值。

等效噪声声压：（1）自噪声：压电陶瓷在一定的温度下内部分子热运动产生的噪声。

（2）等效噪声声压：设有一正弦波入射到水听器上，输出电压的有效值等于水听器自噪声在1Hz带宽上的均方根电压值，则入射电压的有效值称为等效噪声电压。

19．全开角：主瓣幅度降至0所夹的开角。

20．波束宽度：主瓣幅度降至0.707所夹的开角，用2θ-3db表示。

21．指向性因数：在声轴上，某一远场处的声强与同距离各方向的平均声强比。

Rθ=I0/I 平均= P0*P0/P*P平均其物理意义为：一个有指向性的发射器，在主波束方向上，其远场中某距离处的声强比同等功率下的无指向性发射器在同一点处产生的声强大Rθ倍。

22．指向性指数：DI=10lgRθ=lgI0/I平均=10P0*P0/P*P平均=20lgP0/P平均23．乘积定理：具有指向性的基元组成的基阵，其指向性函数是基元本身的指向性函数与点源组成基阵的指向性函数的乘积。

简答题：1．声呐方程中有哪些参数与换能器有关？SL、DI、DT主动声纳方程：SL-2TL+TS-(NL-DIi)=DTSL=170.8+10lg(Pa)+DIT被动声纳方程：SL-TL-(NL-DIi)=DT2．等效电路法、有限元法、边界元法的优缺点？等效电路法：优点：物理意义明确，缺点：通常是一维分析，适用于简单结构有限元法：优点：分析任意结构的换能器；结果直观准确；工作状态仿真；应用广泛边界元法：优点：边界划分单元，问题降一维，缺点：不能模拟复杂结构的换能器内部的精细结构和复杂振动。

3．换能器的发展趋势？发射：低频、大功率、宽带、深水、小尺寸接收：矢量接收、高灵敏度、微型化4．请说出几种常用的换能器？电动式换能器、电磁式换能器、磁致伸缩式换能器、压电换能器5．说出几种常用的换能器基阵线列阵、平面阵、圆柱阵、球形阵、参量阵、乘积阵、合成孔径阵、恒定束宽阵、舷侧阵、共形阵、拖曳线列阵6．PZT压电陶瓷的优点、分类锆钛酸铅（PZT）Pb(ZrxTi1-x)O3优点：1、压电性能优异；2、居里点高，300到400度，温度稳定性好；3、机械强度大4、化学惰性；5、制作方便；6、可改变化学组分，添加杂质，适合各种需要分类：1、PZT4（发射型）：低机械损耗和介电损耗，大的交流退极化场、介电常数、机电耦合系数、压电常数，适合强电场、大振幅激励作用发射。

2、PZT5（接收型）：高耦合系数、压力应变常数，优异的时间稳定性。

3、PZT8（大功率发射型）：高抗张强度和稳定性，高机械Q值，适合大振幅激励发射。

7．钙钛矿结构特点与各离子在晶胞之中的位置分子式ABO3形式，A是二价正离子(Pb2+、Ba2+)，B是四价正离子(Tr4+、Zr4+)，相应的离子在晶胞中的位置也相同，A位于六面体八个顶点上，B位于六面体中心，O2-位于六个面的面心。

8．晶胞常数有哪些？通常用晶胞的三个边长a、b、c和三边夹角α、β、γ来描述晶胞的大小和形状，称为晶胞常数。

9．在极化过程中，电畴有哪些变化？在极化过程中，电畴有转动过程：在电场作用下，电畴的自发极化方向向接近电场的方向转动，电畴还有壁移过程：在电场作用下，畴壁移动，引起极化方向与电场方向相同或接近的电畴体积增大，相反的体积缩小。

10．画出电滞回线，标出剩余极化强度和矫顽电场11．说明介质损耗的原因，写出复介电系数表达式介质损耗原因：1、交变电场使压电陶瓷反复极化，部分电能被转换成热能而损耗；2、漏电流；3、材料不均匀复介电系数：ε33=ε’33-jε’’3312．说出形变与应变、内力与应力的区别应力是单位面积的内力，与自身面积有关，与内力不同；应变是单位长度的形变量，与形变有区别13．为什么去极化状态下的压电陶瓷没有压电效应，极化后的压电陶瓷具有压电效应？（1）去极化状态下：1、受到外力作用：内部电畴的自发极化方向沿空间各方向均匀分布，宏观极化强度为0A．受到拉力时，材料受力方向伸长，晶胞也伸长，电矩转向与受力方向垂直的方向，部分转向正向，部分转向反向B．受压力时，材料受力方向缩短，晶胞也发生形变，电矩转向与受力方向垂直的方向，部分转向正向，部分转向反向去极化状态受到外力时，极化强度为0，不能产生正向压电效应。

2、受到电场作用：在压电陶瓷上加一电场，晶胞自发极化方向将向电场方向转动，则电场方向的边长伸长，其余两边缩短，若加反向电场，同样电场方向的边会伸长，其形变是一致的。

因此在去极化状态下，应变与电场强度成二次方关系，通常称为电致伸缩效应，而没有压电效应。

（2）极化后（Z轴方向极化）：1、受到外力作用：极化后，压电陶瓷内部存在剩余极化强度，可以认为其内部电畴的自发极化均匀的分布在半球面上。

A.施加Z轴方向的拉力，材料变形，内部电畴方向转向Z轴方向，使极化强度增加B.施加Z轴方向的拉力，材料变形，内部电畴方向转向垂直Z轴方向，使极化强度减小极化强度与应变成正比，因此压电陶瓷在极化后存在正向压电效应。

2、受到电场作用：A.施加Z轴方向正电场，极化强度增加，内部电畴方向转向Z轴方向，使材料伸长。

B.施加Z轴方向负电场，极化强度减小，内部电畴方向转向垂直Z轴方向，使材料缩短。

应变与电场强度成正比，因此压电陶瓷在极化后存在反向压电效应。

14．压电陶瓷的短路、开路、自由和截止状态各代表什么含义？短路E=0 开路D=0 自由T=0 截止S=015．短路和开路状态下应力与应变的关系，自由与截止状态下电位移与电场强度的关系如何表示？短路E=0 {T}=[cE]{S} {S}=[sE]{T}开路D=0 {T}=[cD]{s} {S}=[sD]{T}自由T=0 {D}=[εT]{E} {E}=[βT]{D}截止S=0 {D}=[εS]{E} {E}=[βS]{D}16．换能器的阻包含哪几种？介质损耗、机械损耗、辐射阻、17．发射电压响应、声源级、辐射声功率的定义及区别1、发射电压响应：换能器或基阵在指定方向上（即声轴方向），距其等效声中心1米远处所产生的球面波自由场声压与其输入端电压之比Sv=P(1)/V，发送电压响应级：Svl=20lgSv/Sv0=20lgSv+1202、声源级：在声场中指定方向上，距其等效声中心1米远处所产生的球面波自由场声压对应平面行波的声强级。

SL=10lgI(1)/Iref=20lgP(1)/Pref Pref=1uPa3、辐射声功率：描述发射器在单位时间内向水介质中辐射能量多少的物理量（是换能器近场特性，就是振动面的特性，而SL和Sv是远场特性，指向性也是远场特性）18．纵振动复合棒换能器的结构特点：1、为了得到大的前后盖板振速比，前盖板采用轻金属（硬铝、铝镁合金），后盖板采用重金属（钢、黄铜），根据动量守恒定律，节点两边动量相等，振速与质量成反比。