当前位置：
TORAY（东丽）HY05N 针式水听器技术文献
更新时间：2026-02-02
点击次数：14
TORAY（东丽）HY05N 针式水听器技术文献
1. 产品概述
TORAY HY05N 是一款超紧凑、仅用于接收的针式水听器（超声波传感器），专为高空间分辨率的水下超声波声场测量而设计。它属于东丽工程公司推出的精密测量设备系列，核心使命是在液体介质中，以高的精度捕获和分析超声波信号。
该水听器凭借其独特的针形结构和压电材料，能够实现常规传感器难以企及的微观声场测绘，主要应用于医疗超声设备校准、声学材料表征、超声波清洗机声场分析、工业无损检测探头评估以及前沿的声学研究中，是进行精密声学测量的关键工具。
2. 工作原理与核心设计
HY05N 的工作原理基于压电效应，但其性能源于东丽的材料科学与精密机械设计。
压电传感核心：
水听器的核心是东丽专有的 P(VDF-TrFE) 高分子聚合物压电薄膜。当水中的超声波压力波作用于薄膜时，薄膜会发生形变，由于其压电特性，形变会直接转换为成比例的微电压信号输出。宽频平直响应的关键：
P(VDF-TrFE) 材料的声阻抗与水非常接近。这一特性大幅减少了声波从水传递到传感材料时在界面处的反射和失真，使得水听器在共振频率与非共振频率下的灵敏度差异极小。因此，HY05N 拥有宽而平坦的共振峰，能够在宽频率范围内（1-20 MHz）真实、无失真地再现入射声波波形，避免了一般压电陶瓷传感器因尖锐共振峰导致的信号畸变。针形结构的意义：
“针式"设计是HY05N实现高空间分辨率的关键。其有效传感元件直径仅为 0.5 mm，外径为 1.4 mm。这种微小的尺寸使其能够精确测量声场中某一点的压力，极大地降低了对声场本身的干扰，并能探测到声压梯度变化剧烈的区域，例如聚焦超声的焦点或换能器近场。宽入射角特性：
由于聚合物压电薄膜与水的声速差异小，该水听器对声波的入射角度不敏感，具有很大的入射角容忍度。这使得在实际测量中，无需极其精确地对准声束轴心，简化了操作并提高了测量的可重复性。
3. 技术规格与性能参数
下表详细列出了HY05N针式水听器的核心技术规格：
| 参数项目 | 技术规格 |
|---|---|
| 型号 | HY05N |
| 类型 | 接收式针式水听器 |
| 压电材料 | 东丽 P(VDF-TrFE) 聚合物薄膜 |
| 有效传感直径 | 0.5 mm |
| 外径 | 1.4 mm |
| 总长度 | 74 mm (部分资料标注传感器长度为70mm) |
| 接收频率范围 | 1 MHz 至 20 MHz |
| 灵敏度 (@3MHz) | 40 nV/Pa (典型值) |
| 输出阻抗 | -500 欧姆 (容性) |
| 输出接口 | 标准 BNC连接器，配1米同轴电缆 |
| 校准 | 支持付费校准服务，提供1-20 MHz（1 MHz步进）的校准证书（基于英国国家物理实验室NPL标准的比较法）。1 MHz以下未经校准，灵敏度不保证。 |
与同系列大口径型号（H9C）对比
为明确HY05N的定位，下表将其与同系列追求高灵敏度的大口径型号H9C进行对比：
| 对比维度 | HY05N (针式) | H9C (大口径) |
|---|---|---|
| 设计目标 | 高空间分辨率 | 高灵敏度 |
| 有效直径 | 0.5 mm | 9.0 mm |
| 频率范围 | 1 - 20 MHz | 0.5 - 5 MHz |
| 典型灵敏度 | 40 nV/Pa (3MHz) | ≥ 5 μV/Pa |
| 适用场景 | 精细声场测绘、焦点测量、近场分析 | 弱信号检测、远场测量、总声功率评估 |
4. 应用领域
HY05N 凭借其高分辨率与宽频特性，适用于以下领域：
医用超声设备校准与质检：精确测量诊断超声或治疗用 HIFU（高强度聚焦超声）探头的声输出、焦点形状和声场分布，确保其符合安全与效能标准。
工业超声波设备评估：分析超声波清洗槽内的声场均匀性、焊接机或加工设备的换能器性能。
声学材料研究：测量材料表面的声压反射与透射系数，表征吸声或隔声性能。
无损检测（NDT）：评估用于焊缝或构件检测的超声波探头的声束特性。
5. 使用、操作与维护关键注意事项
为确保测量精度并延长仪器寿命，使用时必须遵守以下要求：
操作谨慎：禁止用手或任何物体触碰、摩擦或撞击水听器的传感部位。其表面的高分子薄膜和金电极极为脆弱，轻微外力即可导致薄膜破损或电极脱落，且不可修复。
介质要求：必须在液态水中使用，不可在空气中进行测量（无法接收信号）。建议在淡水中使用，未针对海水腐蚀进行特殊防护。
清洁与干燥：使用后，不可直接擦拭水滴。应让其自然风干，或用注射器吸取纯净水轻轻冲洗。严禁使用有机溶剂或清洁剂。
声压限制：为避免过载损坏，建议作用在水听器上的峰值声压低于300 kPa。禁止在声压高的环境（如大功率超声波清洗槽）中直接使用。
信号调理：其输出为纳伏级微电压信号，必须连接高输入阻抗、低噪声的前置放大器（需用户另配）后，才能接入示波器或数据采集系统进行观察和分析。
校准与溯源：对于需要定量声压测量的应用，强烈建议定期（通常每年）进行校准。东丽提供可追溯至国家标准的校准证书。
6. 总结
TORAY HY05N针式水听器是声学测量领域一款高性能的专业工具。它通过独特的P(VDF-TrFE)聚合物压电材料和微型针形结构，在1-20 MHz的宽频带内实现了高空间分辨率与高保真的声压测量。其性能特点决定了它特别适合于对声场微观结构有精确要求的科研与工业场景。用户在使用时必须严格遵守其操作限制，并配备合适的信号放大与采集系统，方能充分发挥其性能
