水聽(tīng)器是水下聲學(xué)信號(hào)采集的核心傳感器，主要實(shí)現(xiàn)水下聲能向電能的轉(zhuǎn)換，是水下探測(cè)、通信、監(jiān)測(cè)及工程檢測(cè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)器件。其工作原理以壓電效應(yīng)為核心，采用壓電陶瓷、PVDF等壓電材料作為敏感單元，當(dāng)水下聲波作用于敏感元件時(shí)，材料產(chǎn)生機(jī)械形變并激發(fā)交變電荷，經(jīng)前置放大、阻抗變換與信號(hào)調(diào)理后，輸出可處理的電壓信號(hào)，完成聲信號(hào)到電信號(hào)的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。水聽(tīng)器具備靈敏度高、頻響特性穩(wěn)定、水下密封性強(qiáng)、抗干擾性好等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)微弱聲學(xué)信號(hào)的可靠拾取，滿足不同水深、不同頻段的測(cè)量需求。
按結(jié)構(gòu)與工作模式，水聽(tīng)器可分為矢量水聽(tīng)器、標(biāo)量水聽(tīng)器、陣列式水聽(tīng)器等類型，可根據(jù)信噪比、探測(cè)距離、定位精度等指標(biāo)靈活選用。其工作嚴(yán)格依賴水下密封與壓力平衡設(shè)計(jì)，普遍采用防水灌封與耐壓殼體，可適應(yīng)淺海、深海、高壓、低噪等復(fù)雜水環(huán)境。
在應(yīng)用工況方面，水聽(tīng)器覆蓋海洋監(jiān)測(cè)、水利工程、工業(yè)檢測(cè)、安防預(yù)警等多個(gè)領(lǐng)域。海洋領(lǐng)域用于水聲通信、海底地形測(cè)繪、魚類資源探測(cè)、海嘯與環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè);水利行業(yè)用于大壩、堤防、水下管道滲漏檢測(cè)與結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè);工業(yè)領(lǐng)域用于水下設(shè)備故障診斷、管線泄漏定位、船舶噪聲檢測(cè);安防領(lǐng)域則用于水下入侵探測(cè)、港口與航道安全監(jiān)控。
相較于常規(guī)傳感器，水聽(tīng)器對(duì)水下密封性、耐壓性、抗腐蝕性及低頻響應(yīng)要求嚴(yán)苛，可在靜態(tài)靜水、動(dòng)態(tài)流場(chǎng)、高背景噪聲等復(fù)雜工況下穩(wěn)定工作。
作為水下聲學(xué)感知的核心設(shè)備，水聽(tīng)器以可靠的聲電轉(zhuǎn)換原理與廣泛的工況適應(yīng)性，成為水下信息獲取不可或缺的關(guān)鍵裝置，為水下工程、資源勘探、安全防護(hù)與科學(xué)研究提供精準(zhǔn)、穩(wěn)定的聲學(xué)數(shù)據(jù)支撐，在涉水領(lǐng)域具備不可替代的工程價(jià)值。
