2023.01.30原理：當(dāng)壓電材料上的壓力(聲擾動(dòng))發(fā)生變化時(shí)，壓電材料內(nèi)部的電荷分布就會(huì)成比例地發(fā)生變化并且會(huì)以電壓信號的形式體現(xiàn)出來，因此可通過壓電元件表面上的電極提取這些電荷，經(jīng)電壓放大器或電荷放大器放大后，由信號處理示波器顯示出能反映聲波波形的圖像,這樣就以很直接的方法完成了超聲聲場中聲壓的測量。
要求：針式水聽器由于直徑很小因而可檢測測量點(diǎn)的聲壓，實(shí)際上是針式水聽器直徑尺寸范圍的平均聲壓；原則上針式水聽器的直徑越小越好，至少小于聲場的1個(gè)波長，如15MHz的聲場，則針式水聽器的直徑要小于0.1mm。針式水聽器是測量聲場和聲壓的首選換能器（一級標(biāo)準(zhǔn)測量工具），適合連續(xù)波和脈沖波的測量。針式水聽器針尖上有一層通常為幾個(gè)微米厚的PVDF薄膜，現(xiàn)在可以做到9－28μm的膜厚，這層薄膜就相當(dāng)于一個(gè)高靈敏度的壓電換能器，能將接收到的聲壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，目前英國PA公司可做到40μm－4mm，在20K－35MHz頻率范圍針式水聽器具有平坦的測量特性。
針式水聽器及其原理圖如下所示：
事項(xiàng)：由于水聽器針尖的聚偏氟乙烯薄膜非常脆弱，因此使用針式水聽器時(shí)注意不能用手或任何其他物體碰水聽器針尖。清洗水聽器時(shí)，用蒸餾水輕輕沖洗，特殊情況下可以用新鮮檸檬汁處理。
優(yōu)點(diǎn)：水聽器體積非常小，不會(huì)對測試聲場造成大的干擾，同時(shí)靈敏度高，使用方便，價(jià)格也相對便宜。
介紹：通常針式水聽器使用時(shí)需要配以水浸式前置放大器，DC耦合器以及水聽器輔助放大器。它們分別介紹如下：
前置放大器（SubmersiblePreamplifier）的作用是放大水聽器接收到的聲信號。
直流耦合（DCCoupler）的作用是提供直流電壓，驅(qū)動(dòng)前置放大器；以及作為前置放大器和測量系統(tǒng)之間的聲信號耦合器。
由于水聽器的輸出信號一般非常微弱，因此在將其輸入采集和顯示系統(tǒng)前，通常還需要經(jīng)過一個(gè)水聽器輔助放大器，進(jìn)一步放大水聽器接收到的聲信號。
使用：PVDF針式水聽器測試系統(tǒng)如圖所示。用示波器(或高速數(shù)據(jù)采集卡)作為信號的顯示器和采集器，可以得到聲場中單點(diǎn)的聲壓波形，對于連續(xù)波無需同步信號檢測，而對脈沖波要用同步觸發(fā)檢測。
如果將水聽器夾持在3維機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如UMS3）裝置上可以重構(gòu)出換能器的3維的聲場。其中若采用掃描系統(tǒng)移動(dòng)水聽器進(jìn)行掃描，就可以得到一個(gè)截面上的聲壓分布，再由一個(gè)個(gè)截面聲壓構(gòu)成3維聲場分布。
使用了兩個(gè)放大器來放大水聽器的信號，浸入式前置放大器和水聽器輔助放大器，這是因?yàn)樗犉餍盘柾ǔ：芪⑷?，需要進(jìn)行兩級放大。
計(jì)算：水聽器直接輸出的信號是電壓信號，用靈敏度進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，就成為了對應(yīng)的聲壓信號。得到電壓-時(shí)間波形后，可以計(jì)算聲強(qiáng)和聲功率?？臻g峰值脈沖平均強(qiáng)度ISPPA的計(jì)算公式如下所示：
其中為水的密度，為水中的聲速，為時(shí)變的聲壓波形，T為波形的周期，為所選波形的整周期數(shù)，為第一個(gè)滿幅值周期的延遲時(shí)間，t為時(shí)間。
總結(jié)：PVDF針式水聽器體積非常小，不會(huì)對測試聲場造成大的干擾，可以測量連續(xù)波和脈沖波聲壓，同時(shí)靈敏度高，使用方便；它的缺點(diǎn)是帶寬相對較窄，頻率響應(yīng)較平坦，能夠測量的聲壓范圍有限。適用于測試低聲壓值的聲場。同時(shí)由于水聽器體積小，移動(dòng)方便，可以得到聲場的截面圖和3維聲場分布，也可以應(yīng)用于多種超聲換能器的測試，如相控陣換能器探頭等。
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