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。 双向推车
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。
空调热交换器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，除产生极化强度和电位移外，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。
钙镁离子15． 压电陶瓷的电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） 频带宽度防鸟刺：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，则入射声压的有效值称为等效 噪
声声压。
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)=DT SL=170.8+10lg(Pa)+DIT 被动声纳方程：SL-TL-(NL-DIi)=DT
2． 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
风力摆控制系统
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’’33
12． 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 0 A． 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，应变液力离合器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=0
