TORAY（東麗）HY05N 針式水聽器技術(shù)文獻(xiàn)

更新時間：2026-02-02

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TORAY（東麗）HY05N 針式水聽器技術(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器（超聲波傳感器），專為高空間分辨率的水下超聲波聲場測量而設(shè)計。它屬于東麗工程公司推出的精密測量設(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。

該水聽器憑借其獨(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測繪，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)聲場分析、工業(yè)無損檢測探頭評估以及前沿的聲學(xué)研究中，是進(jìn)行精密聲學(xué)測量的關(guān)鍵工具。

2. 工作原理與核心設(shè)計

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。

壓電傳感核心：
水聽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，薄膜會發(fā)生形變，由于其壓電特性，形變會直接轉(zhuǎn)換為成比例的微電壓信號輸出。
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在界面處的反射和失真，使得水聽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)致的信號畸變。
針形結(jié)構(gòu)的意義：
“針式"設(shè)計是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量聲場中某一點(diǎn)的壓力，極大地降低了對聲場本身的干擾，并能探測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。
寬入射角特性：
由于聚合物壓電薄膜與水的聲速差異小，該水聽器對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)際測量中，無需極其精確地對準(zhǔn)聲束軸心，簡化了操作并提高了測量的可重復(fù)性。

3. 技術(shù)規(guī)格與性能參數(shù)

下表詳細(xì)列出了HY05N針式水聽器的核心技術(shù)規(guī)格：

參數(shù)項(xiàng)目	技術(shù)規(guī)格
型號	HY05N
類型	接收式針式水聽器
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
總長度	74 mm (部分資料標(biāo)注傳感器長度為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（基于英國國家物理實(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（H9C）對比

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H9C進(jìn)行對比：

對比維度	HY05N (針式)	H9C (大口徑)
設(shè)計目標(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
適用場景	精細(xì)聲場測繪、焦點(diǎn)測量、近場分析	弱信號檢測、遠(yuǎn)場測量、總聲功率評估

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)備評估：分析超聲波清洗槽內(nèi)的聲場均勻性、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。
無損檢測（NDT）：評估用于焊縫或構(gòu)件檢測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)

為確保測量精度并延長儀器壽命，使用時必須遵守以下要求：

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)行測量（無法接收信號）。建議在淡水中使用，未針對海水腐蝕進(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：為避免過載損壞，建議作用在水聽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。
信號調(diào)理：其輸出為納伏級微電壓信號，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：對于需要定量聲壓測量的應(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家標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)證書。

6. 總結(jié)

TORAY HY05N針式水聽器是聲學(xué)測量領(lǐng)域一款高性能的專業(yè)工具。它通過獨(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量。其性能特點(diǎn)決定了它特別適合于對聲場微觀結(jié)構(gòu)有精確要求的科研與工業(yè)場景。用戶在使用時必須嚴(yán)格遵守其操作限制，并配備合適的信號放大與采集系統(tǒng)，方能充分發(fā)揮其性能