水声换能器早期发展

1、起源

2、费森登振荡器

费森登当时在爱迪生实验室，1915年利用与扬声器相同的电动式原理研制出第一个实际应用的水声换能器，而这个订单的需求方是美国海军。在2014年12月美国声学学会年会上，美国海军专门做了一个“美国海军水声换能器研究”的专题报告，其起点就是费森登振荡器。美国海军水下防务中心的换能器中，用于低频发射的J系列就是电动式声源。

3、郎之万换能器

Langevin Paul 是法国物理学家，开始郎之万研究的是电容式换能器，方向错了，效果不佳。后来他想起老师皮埃尔居里的成果压电效应，才转向压电换能器。他说服了一个大富豪，拿出了家中的一大块石英（当时是珍宝），切割后夹在两块金属板之间，在1917年制作出了著名的郎之万换能器，也叫夹心式换能器。

直到现在，郎之万换能器仍是在海军舰艇声纳的主要换能器，而且在超声领域也被广泛应用。也正是由于应用广泛，多数人一直误认为郎之万换能器是水声换能器的开端。下图给出了超声和水声领域郎之万换能器的照片。

石英虽然可以用于水声换能器制作，但是毕竟当时太贵，人们在寻找替代性材料。酒石酸钾钠（RS）和磷酸二氢氨（ADP）都曾用于制作换能器，但存在缺陷。磁致伸缩材料可以产生大的振动位移，但是效率不高。直到1950年左右，美欧日等国相继发现了压电陶瓷，由于其压电性能好、化学稳定和组分可调，逐渐成为水声换能器的不二选择。

郎之万能够研制出夹心式换能器，是与1880年居里兄弟发现压电效应直接相关的，因为他就是皮埃尔居里的学生。

同样，费森登振荡器的出现也是源于当年无线电研究的热潮。由此可见，在水声换能器早期发展中，基础研究中发现压电效应和磁致伸缩效应是其产生的源头，没有基础研究，就不可能出现先进的仪器设备。