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TORAY（東麗）HY05N 針式水聽(tīng)器技術(shù)文獻(xiàn)
更新時(shí)間：2026-02-02
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TORAY（東麗）HY05N 針式水聽(tīng)器技術(shù)文獻(xiàn)
1. 產(chǎn)品概述
TORAY HY05N 是一款超緊湊、僅用于接收的針式水聽(tīng)器（超聲波傳感器），專為高空間分辨率的水下超聲波聲場(chǎng)測(cè)量而設(shè)計(jì)。它屬于東麗工程公司推出的精密測(cè)量設(shè)備系列，核心使命是在液體介質(zhì)中，以高的精度捕獲和分析超聲波信號(hào)。
該水聽(tīng)器憑借其獨(dú)特的針形結(jié)構(gòu)和壓電材料，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)傳感器難以企及的微觀聲場(chǎng)測(cè)繪，主要應(yīng)用于醫(yī)療超聲設(shè)備校準(zhǔn)、聲學(xué)材料表征、超聲波清洗機(jī)聲場(chǎng)分析、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)探頭評(píng)估以及前沿的聲學(xué)研究中，是進(jìn)行精密聲學(xué)測(cè)量的關(guān)鍵工具。
2. 工作原理與核心設(shè)計(jì)
HY05N 的工作原理基于壓電效應(yīng)，但其性能源于東麗的材料科學(xué)與精密機(jī)械設(shè)計(jì)。
壓電傳感核心：
水聽(tīng)器的核心是東麗專有的 P(VDF-TrFE) 高分子聚合物壓電薄膜。當(dāng)水中的超聲波壓力波作用于薄膜時(shí)，薄膜會(huì)發(fā)生形變，由于其壓電特性，形變會(huì)直接轉(zhuǎn)換為成比例的微電壓信號(hào)輸出。寬頻平直響應(yīng)的關(guān)鍵：
P(VDF-TrFE) 材料的聲阻抗與水非常接近。這一特性大幅減少了聲波從水傳遞到傳感材料時(shí)在界面處的反射和失真，使得水聽(tīng)器在共振頻率與非共振頻率下的靈敏度差異極小。因此，HY05N 擁有寬而平坦的共振峰，能夠在寬頻率范圍內(nèi)（1-20 MHz）真實(shí)、無(wú)失真地再現(xiàn)入射聲波波形，避免了一般壓電陶瓷傳感器因尖銳共振峰導(dǎo)致的信號(hào)畸變。針形結(jié)構(gòu)的意義：
“針式"設(shè)計(jì)是HY05N實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的關(guān)鍵。其有效傳感元件直徑僅為 0.5 mm，外徑為 1.4 mm。這種微小的尺寸使其能夠精確測(cè)量聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的壓力，極大地降低了對(duì)聲場(chǎng)本身的干擾，并能探測(cè)到聲壓梯度變化劇烈的區(qū)域，例如聚焦超聲的焦點(diǎn)或換能器近場(chǎng)。寬入射角特性：
由于聚合物壓電薄膜與水的聲速差異小，該水聽(tīng)器對(duì)聲波的入射角度不敏感，具有很大的入射角容忍度。這使得在實(shí)際測(cè)量中，無(wú)需極其精確地對(duì)準(zhǔn)聲束軸心，簡(jiǎn)化了操作并提高了測(cè)量的可重復(fù)性。
3. 技術(shù)規(guī)格與性能參數(shù)
下表詳細(xì)列出了HY05N針式水聽(tīng)器的核心技術(shù)規(guī)格：
| 參數(shù)項(xiàng)目 | 技術(shù)規(guī)格 |
|---|---|
| 型號(hào) | HY05N |
| 類型 | 接收式針式水聽(tīng)器 |
| 壓電材料 | 東麗 P(VDF-TrFE) 聚合物薄膜 |
| 有效傳感直徑 | 0.5 mm |
| 外徑 | 1.4 mm |
| 總長(zhǎng)度 | 74 mm (部分資料標(biāo)注傳感器長(zhǎng)度為70mm) |
| 接收頻率范圍 | 1 MHz 至 20 MHz |
| 靈敏度 (@3MHz) | 40 nV/Pa (典型值) |
| 輸出阻抗 | -500 歐姆 (容性) |
| 輸出接口 | 標(biāo)準(zhǔn) BNC連接器，配1米同軸電纜 |
| 校準(zhǔn) | 支持付費(fèi)校準(zhǔn)服務(wù)，提供1-20 MHz（1 MHz步進(jìn)）的校準(zhǔn)證書（基于英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室NPL標(biāo)準(zhǔn)的比較法）。1 MHz以下未經(jīng)校準(zhǔn)，靈敏度不保證。 |
與同系列大口徑型號(hào)（H9C）對(duì)比
為明確HY05N的定位，下表將其與同系列追求高靈敏度的大口徑型號(hào)H9C進(jìn)行對(duì)比：
| 對(duì)比維度 | HY05N (針式) | H9C (大口徑) |
|---|---|---|
| 設(shè)計(jì)目標(biāo) | 高空間分辨率 | 高靈敏度 |
| 有效直徑 | 0.5 mm | 9.0 mm |
| 頻率范圍 | 1 - 20 MHz | 0.5 - 5 MHz |
| 典型靈敏度 | 40 nV/Pa (3MHz) | ≥ 5 μV/Pa |
| 適用場(chǎng)景 | 精細(xì)聲場(chǎng)測(cè)繪、焦點(diǎn)測(cè)量、近場(chǎng)分析 | 弱信號(hào)檢測(cè)、遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量、總聲功率評(píng)估 |
4. 應(yīng)用領(lǐng)域
HY05N 憑借其高分辨率與寬頻特性，適用于以下領(lǐng)域：
醫(yī)用超聲設(shè)備校準(zhǔn)與質(zhì)檢：精確測(cè)量診斷超聲或治療用 HIFU（高強(qiáng)度聚焦超聲）探頭的聲輸出、焦點(diǎn)形狀和聲場(chǎng)分布，確保其符合安全與效能標(biāo)準(zhǔn)。
工業(yè)超聲波設(shè)備評(píng)估：分析超聲波清洗槽內(nèi)的聲場(chǎng)均勻性、焊接機(jī)或加工設(shè)備的換能器性能。
聲學(xué)材料研究：測(cè)量材料表面的聲壓反射與透射系數(shù)，表征吸聲或隔聲性能。
無(wú)損檢測(cè)（NDT）：評(píng)估用于焊縫或構(gòu)件檢測(cè)的超聲波探頭的聲束特性。
5. 使用、操作與維護(hù)關(guān)鍵注意事項(xiàng)
為確保測(cè)量精度并延長(zhǎng)儀器壽命，使用時(shí)必須遵守以下要求：
操作謹(jǐn)慎：禁止用手或任何物體觸碰、摩擦或撞擊水聽(tīng)器的傳感部位。其表面的高分子薄膜和金電極極為脆弱，輕微外力即可導(dǎo)致薄膜破損或電極脫落，且不可修復(fù)。
介質(zhì)要求：必須在液態(tài)水中使用，不可在空氣中進(jìn)行測(cè)量（無(wú)法接收信號(hào)）。建議在淡水中使用，未針對(duì)海水腐蝕進(jìn)行特殊防護(hù)。
清潔與干燥：使用后，不可直接擦拭水滴。應(yīng)讓其自然風(fēng)干，或用注射器吸取純凈水輕輕沖洗。嚴(yán)禁使用有機(jī)溶劑或清潔劑。
聲壓限制：為避免過(guò)載損壞，建議作用在水聽(tīng)器上的峰值聲壓低于300 kPa。禁止在聲壓高的環(huán)境（如大功率超聲波清洗槽）中直接使用。
信號(hào)調(diào)理：其輸出為納伏級(jí)微電壓信號(hào)，必須連接高輸入阻抗、低噪聲的前置放大器（需用戶另配）后，才能接入示波器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行觀察和分析。
校準(zhǔn)與溯源：對(duì)于需要定量聲壓測(cè)量的應(yīng)用，強(qiáng)烈建議定期（通常每年）進(jìn)行校準(zhǔn)。東麗提供可追溯至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)證書。
6. 總結(jié)
TORAY HY05N針式水聽(tīng)器是聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域一款高性能的專業(yè)工具。它通過(guò)獨(dú)特的P(VDF-TrFE)聚合物壓電材料和微型針形結(jié)構(gòu)，在1-20 MHz的寬頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高空間分辨率與高保真的聲壓測(cè)量。其性能特點(diǎn)決定了它特別適合于對(duì)聲場(chǎng)微觀結(jié)構(gòu)有精確要求的科研與工業(yè)場(chǎng)景。用戶在使用時(shí)必須嚴(yán)格遵守其操作限制，并配備合適的信號(hào)放大與采集系統(tǒng)，方能充分發(fā)揮其性能
