应用案例

【概述】

本研究中使用水声功率放大器，搭建弛豫铁电单晶便携式探鱼仪换能器实验系统。近岸垂钓需求增长推动探鱼仪向便携化与高性能转型，但传统船用设备笨重，便携产品普遍面临探测距离短、带宽窄的瓶颈，核心问题在于压电换能器难平衡小体积与高声学性能。弛豫铁电单晶材料凭借高横向压电系数与强泊松效应，可通过TROB振动模式激发宽带声波，却受限于界面耦合与阵列工艺。本研究首创TROB驱动微型阵列（3×2阵元），结合多物理场仿真与电阻抗匹配，突破带宽限制，最终实现192dB声源级与77%带宽的便携换能器，为近岸渔业智能化提供技术支撑。

实验名称：弛豫铁电单晶便携式探鱼仪换能器全流程集成实验

实验目的：本研究旨在通过压电单晶阵元设计、有限元仿真、样机制备及性能测试，验证所设计的弛豫铁电单晶便携式探鱼仪换能器在体积、重量、声源级、发射电压响应级、接收电压灵敏度级、工作带宽等关键指标上满足项目要求，同时验证电阻抗匹配电路对换能器发射性能的优化效果，最终实现便携式探鱼仪换能器的小型化与高声学性能平衡。

测试设备：阻抗分析仪、示波器、信号发生器、功率放大器（AigtekATA-L6）、标准水听器、消声水池。

实验过程：实验过程从弛豫铁电单晶选材出发，基于其高泊松比压电特性建立多物理场耦合模型，通过仿真优化晶体尺寸激发TROB双模振动；随后进行单晶阻抗验证与电极制备，采用导电银浆粘接双晶体制备并联阵元，集成氧化铝陶瓷绝缘层与铜质量块，包裹软木抑制噪声后灌封聚氨酯形成声窗；针对声源级需求，设计半波长阵列并将阵元精密粘接至铝合金外壳槽位，通过电极线引出与环氧封闭实现轻量化封装；最终通过水域阻抗扫描与标准水听器测试系统量化声学性能，发现带宽瓶颈后创新性运用等效电路建模与史密斯圆图匹配技术，在谐振点实现阻抗调谐，完成微型换能器高功率宽带声辐射的突破。

图1实验框图

图2实验系统实拍图

实验结果：基于弛豫铁电单晶的便携式探鱼仪换能器在100VRMS激励下可实现高性能声学输出，最大声源级达192.36dB，发射电压响应级峰值152.62dB，-6dB带宽覆盖78kHz-134.35kHz（分数带宽53.07%），接收电压灵敏度最高达-181.81dB；换能器重量仅168.18g（含外壳），体积为40.03×40.03×57.03mm³，各项指标均满足预设的便携式设计要求，且通过电阻抗匹配电路优化后，发射电压响应级提升至155.84dB，-6dB带宽扩展至77.32%，验证了其在小体积、轻量化条件下实现高声学性能的可行性。

图3实测换能器TVR曲线

图4实测换能器SL

图5添加电匹配电路前后换能器TVR曲线对比

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、高电压与大功率输出能力——驱动微型阵列在激励下实现高声源级

二、宽频带与平坦响应——精准匹配工作带宽，保障宽带声学性能表征

三、低失真与高输出稳定性——保障前后对比实验的激励一致性

图：ATA-L系列水声功率放大器指标参数

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。如想了解更多功率放大器等产品，请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。

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