在漆黑的水下世界，水平無方向型水聲換能器如同一座360°旋轉(zhuǎn)的“聲波燈塔”，向四周均勻輻射超聲波——它的秘密藏在壓電陶瓷陣列中。多個(gè)壓電陶瓷片以環(huán)形排列，通過同步振動(dòng)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)水介質(zhì)形成水平無死角的聲波輻射12。這種設(shè)計(jì)讓聲波像水面漣漪般水平擴(kuò)散，覆蓋整個(gè)平面，完美適配聲吶探測(cè)、水下機(jī)器人導(dǎo)航等需全域掃描的場(chǎng)景47。
然而，它的“無方向性”僅限于水平面。垂直方向上，聲波被約束在約35°的窄角內(nèi)(如圖)，形似一個(gè)扁平的能量圓盤——中心聲壓最強(qiáng)，向上下方快速衰減47。這種特性既避免無效的上下散射，又集中能量提升水平探測(cè)距離。例如在海底地形測(cè)繪中，換能器可同時(shí)監(jiān)聽四周的礁石回波，卻不受水面船只雜波干擾9。
聲波能量分布示意圖
工程師常利用低頻聲波(如10kHz)實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離通信——聲波在水中損耗極小，可穿透數(shù)公里9。目前，這類換能器已廣泛應(yīng)用于海洋牧場(chǎng)魚群監(jiān)測(cè)、沉船搜索等領(lǐng)域，成為水下世界的“全能耳朵”27。
注：實(shí)際應(yīng)用中需注意水質(zhì)渾濁度對(duì)聲波衰減的影響，清水環(huán)境探測(cè)距離可達(dá)渾濁水域的3倍以上9。
