袁鹏成，涂其捷，周 瑜

（中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015）

0 引言

进入21 世纪以来，人类进入了大规模开发利用海洋的时期。水声设备在海洋开发中扮演着重要角色。因此，各种使用场景都对水声设备的性能提出了更高的要求。水声换能器是水声设备的重要组成部分，是实现有效电声相互转换的关键。水声换能器在海洋开发中广泛用于水下声学测量、水声通信、水声导航、水下定位以及地形地貌勘探等领域[1-2]。

锆钛酸铅系压电陶瓷具有压电系数高、性能稳定、形状可定制等诸多优点，是一种性能优越的压电材料，在水声换能器中具有广泛的应用。薄球壳换能器是一种以压电薄球壳作为敏感元件的电声转换器件，通常被称为球形换能器，具有结构简单、工作频带宽、低频灵敏度平坦以及全指向性等诸多优点，是一种典型的水声换能器。

1 薄球壳压电换能器声学接收特性

1.1 低频接收灵敏度

本文研究的球形换能器，采用的是径向极化方式的压电薄球壳。根据文献[3]，对于薄球壳压电换能器，当受到声压p0作用时，压电薄球壳内外电极会产生电位差V。球形换能器自由场接收灵敏度M为换能器输出端的开路电压与换能器所处位置声压的比值，其低频接收灵敏度如下：

式中：g33和g31为压电陶瓷材料的压电系数，a为球壳内半径，b为球壳外半径。式（1）表明，球形换能器的接收灵敏度与球壳的厚度及半径相关。引入球壳厚度与外直径的比值t=(b-a)/2b，则式（1）可化为[3]：