莫喜平

中國科學院聲學研究所 北京 100190

迄今為止，聲波被認為是唯一能夠在海洋中遠距離傳播的信息載體，海洋研究、資源開發(fā)、海上軍事斗爭都離不開水聲技術。水聲技術的發(fā)展需要各類水聲換能器提供支撐，而水聲換能器的使命任務是在水下發(fā)射和接收聲波，因此水聲換能器有“水聲設備耳目”之稱。水聲換能器的發(fā)展主要包括應用新材料、采用新工藝、設計新結構等實現(xiàn)換能器綜合技術性能的改善和提升，來自水聲技術領域的迫切需求是水聲換能器發(fā)展的直接動力。筆者曾撰寫綜述性文章[1]，從幾個不同角度去分析總結水聲換能器百年研究歷史中的創(chuàng)新思想，梳理了國際上不同時期換能器方面的標志性創(chuàng)新工作。本文則聚焦國內(nèi)近 20 年水聲換能器方面的研究成果，主要包括低頻換能器、高頻寬帶換能器、深水換能器以及矢量水聽器等方面的研究新進展。在分析總結基礎上，結合我國的海洋科技發(fā)展戰(zhàn)略與形勢，簡要論述當前水聲換能器技術所面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展機遇。

1 我國水聲換能器技術研究進展

水聲換能器是在水介質(zhì)中實現(xiàn)聲與其他形式能量或信息轉(zhuǎn)換的一類傳感器；水聲換能器是聲吶系統(tǒng)最前端的設備，也是聲吶系統(tǒng)與水介質(zhì)相互作用、交流信息的“窗口”。水聲換能器技術研發(fā)領域涉及多學科交叉融合，與之密切關聯(lián)的學科主要包括：物理學、材料學、數(shù)學、力學、電子學、化學、機械學等，因此水聲換能器的發(fā)展與其他基礎學科的成就息息相關，并同時受到各個關聯(lián)學科發(fā)展的制約。從我國水聲換能器數(shù)十年發(fā)展歷史來看，最大的發(fā)展動力來自于水聲技術領域的應用需求，而直至 20 世紀末我國水聲換能器技術發(fā)展還缺乏全局性和系統(tǒng)性。近 20 年，我國水聲換能器技術逐步進入系統(tǒng)性發(fā)展階段，從新材料應用、新結構、新工藝方面實現(xiàn)換能器綜合技術性能的優(yōu)化與提升，在幾個典型技術方向上形成了系列研究成果。

1.1 低頻換能器研究進展

針對超遠程水下信息傳輸和超隱身潛艇探測發(fā)展的迫切需求，低頻發(fā)射換能器成為 21 世紀以來水聲換能器領域最受關注的熱點方向之一，國外超遠程探測與通訊聲吶工作頻帶已經(jīng)降低到 100 Hz 左右。低頻換能器涉及許多理論和技術層面的問題，目前還沒有很好地解決，這方面仍將是未來發(fā)展中的研究熱點與關注焦點。本節(jié)選擇彎曲振動低頻換能器和彎張換能器的研究工作，總結其中的新技術成果。

1.1.1 彎曲振動低頻換能器

低頻換能器的發(fā)展首先面對的技術問題就是幾何尺寸，一般諧振式換能器的工作頻率與幾何尺寸成反比，也就是說換能器的頻率越低則幾何尺寸將會越大，彎曲振動可以有效縮減低頻換能器的幾何尺寸。國內(nèi)近 20 年在彎曲振動低頻換能器方面的新設計主要包括彎曲梁換能器類、彎曲圓盤換能器類等。

（1）彎曲梁換能器。劉永平等[2]設計一種圓筒懸臂梁寬帶發(fā)射換能器（圖 1a），結構設計中將彎曲振動模態(tài)頻率低的特點和多模態(tài)振動耦合拓寬頻帶的方法結合起來。柴勇等[3]提出一種管梁耦合圓環(huán)換能器（圖 1b），通過在鑲拼圓環(huán)換能器中加入彎曲梁組成管梁耦合結構，增加了有效工作模態(tài)。利用多模耦合作用實現(xiàn)低頻、寬帶工作特性。采用了溢流結構，經(jīng)過 3 000 m 深海潛標實際應用驗證了其耐靜水壓能力。Xu 等[4]提出柱面彎曲低頻換能器的 2 種設計方案（圖 1c 和 d），進行了系列仿真模擬，給出了新型磁致伸縮材料 Terfenol-D 及 Galfenol 驅(qū)動的發(fā)射響應曲線，展示了該換能器結構具有超低頻應用的潛力。

（2）彎曲圓盤換能器。彎曲圓盤換能器包括三疊片、雙疊片結構等。圖 2a 所示為一對雙疊片組成的緊湊型彎曲圓盤換能器，國外研究工作比較成熟，劉繼伍[5]對這種基本結構彎曲圓盤換能器進行了深入研究。從這種基本結構出發(fā)，通過設計液腔和對驅(qū)動方式進行改進，產(chǎn)生了一些新設計[6-9]。圖 2b[6]是鑲拼環(huán)驅(qū)動的彎曲圓盤換能器。圖2c的設計[7]利用了不同尺寸的彎曲圓盤換能器組成基陣，采用不同驅(qū)動方式，實現(xiàn)寬帶工作。圖 2d[8]是溢流腔結構的彎曲圓盤換能器，設計中適當調(diào)整了液腔尺寸以滿足聲學性能要求。圖 2e[9]是鐵鎵合金（galfenol）驅(qū)動的彎曲圓盤換能器，采用的結構類似于縱向換能器，激發(fā)前輻射板彎曲振動。

圖1 彎曲梁低頻換能器的新設計（a）中0為固定梁，1—5為不同厚度的柱面梁

圖2 彎曲圓盤低頻換能器的新設計

1.1.2 彎張換能器

彎張換能器的概念起始于 Hayes 1936 年的專利，基本工作方式是 1 個或多個伸縮振動的振子驅(qū)動彎曲振動殼體產(chǎn)生低頻聲輻射。我國關于彎張換能器的研究與應用從 20 世紀末開始活躍起來，研究人員設計了多種結構形式的彎張換能器，筆者在總結水聲換能器技術國際發(fā)展動態(tài)的文章[1]中，依照結構和激勵方式將彎張換能器分為三大類，在此沿用這種分類方法，分別進行介紹。

（1）柱型結構彎張換能器。該類換能器由縱向伸縮振子驅(qū)動平移彎曲振動殼體（圖 3），換能器的振動殼體是一個平移結構體，即各種形狀的柱面殼，由 1 個或多個縱向伸縮的振子驅(qū)動，包括 IV 型彎張換能器及其變形結構、VII 型彎張換能器、四邊形彎張換能器等。圖 3a 是典型的 IV 型彎張換能器結構形式，陳思等[10]研制了弛豫鐵電單晶 PMNT 材料驅(qū)動的 IV 型彎張換能器。李寬和藍宇[11]研制了稀土超磁致伸縮材料 Terfenol-D 驅(qū)動的 IV 型彎張換能器。圖 3b 是 VII 型彎張換能器的新設計[12]，采用稀土超磁致伸縮材料 Terfenol-D 驅(qū)動，激勵方式在橫向尺寸最寬的部位設計 1 對平行振子，賀西平和李斌[12]對該型換能器進行了深入的系列研究，包括預應力設計分析、理論建模、模態(tài)分析、實驗研究等。圖 3c 是對 IV 型彎張換能器改進的新設計[13]，類似于 I 型彎張換能器到 II 型彎張換能器的設計改進，采用了長軸加長的橢圓殼結構，換能器采用弛豫鐵電單晶材料 PMNT 驅(qū)動，具有比一般 IV 型彎張換能器更優(yōu)的寬帶工作特性。圖 3d 是國內(nèi)最早對 IV 型彎張換能器進行改進的新設計——魚唇式彎張換能器[14]，其采用變高度橢圓殼體并應用了稀土超磁致伸縮材料 Terfenol-D 驅(qū)動，這種特殊形狀的振動殼體具有杠桿臂效應和高度加權的雙放大作用。目前 Terfenol-D 魚唇式彎張換能器已經(jīng)系列化，并設計成雙殼結構進一步提升發(fā)射功率，單只換能器最大聲功率可達萬瓦級，成為國內(nèi)低頻大功率發(fā)射換能器的基本類型之一。圖 3e 是正交激勵四邊形彎張換能器[15]，采用了一種結構緊湊的設計改進，可以在有限體積內(nèi)增加更多的功能材料，提高發(fā)射聲源級。圖 3f 是對 IV 型彎張換能器的另一改進新設計[16]，類似于 I 型彎張換能器到 III 型彎張換能器的設計改進，其采用兩橢圓殼體沿長軸方向串聯(lián)為一體，用更長的壓電堆激勵，使縱向振子的諧振頻率降低而接近彎張殼體基頻模態(tài)，有利于模態(tài)耦合實現(xiàn)寬帶工作特性。圖 3g 是對 IV 型彎張換能器激勵振子的改進新設計[17]，為折疊振子驅(qū)動的 IV 型彎張換能器，該結構結合低剛度的殼體材料可有效降低諧振頻率。

圖3 柱型結構彎張換能器

（2）長型旋轉(zhuǎn)體彎張換能器。該類換能器由縱向伸縮振子驅(qū)動旋轉(zhuǎn)對稱彎曲振動殼體（圖 4），換能器的振動殼體是一個旋轉(zhuǎn)對稱結構體，或者沿圓周分布的一系列桶條梁，一般由 1 個縱向伸縮的振子驅(qū)動，包括 I 型彎張換能器、II 型彎張換能器、III 型彎張換能器的凸型結構和凹型結構等。圖 4a 為 I 型彎張換能器的凹型結構，亦稱為凹筒彎張換能器，蔡志恂等[18]研制了 Terfenol-D 驅(qū)動的凹筒彎張換能器。圖 4b 為 III 型彎張換能器的凸型結構，亦稱為葫蘆式彎張換能器，Chai 等[19]研究了 PZT 和 PZT+Terfenol-D 聯(lián)合驅(qū)動的葫蘆式彎張換能器，對聯(lián)合激勵的發(fā)射特性參數(shù)進行了仿真分析。圖 4c 為磁致伸縮-壓電聯(lián)合激勵的凹筒彎張換能器[20]，設計中應用了 Terfenol-D 和 PZT 兩種激勵元件組成復合縱向振子。圖 4d 為多壓電堆激勵的凹筒彎張換能器[21]，在殼體不變和壓電陶瓷材料總體積相同前提下，分析不同個數(shù)（1—4個）壓電堆驅(qū)動對換能器性能的影響，設計研制了三壓電堆激勵的凹筒彎張換能器。

圖4 長型旋轉(zhuǎn)體彎張換能器

（3）扁型旋轉(zhuǎn)體彎張換能器。該類換能器由徑向擴張振子驅(qū)動旋轉(zhuǎn)對稱彎曲振動殼體，換能器的振動殼體為 1 個旋轉(zhuǎn)對稱結構體，一般為 1 對凸或凹的球冠（或類球冠）或圓盤等組成，由 1 個徑向擴張的圓環(huán)或圓片振子驅(qū)動，包括 V 型彎張換能器、VI 型彎張換能器、圓盤型彎張換能器等，在此介紹小尺寸 V 型彎張換能器——Cymbal[22]和圓盤型彎張換能器[23]。圖 5a 為小尺寸 V 型彎張換能器，由徑向振動的壓電陶瓷圓片驅(qū)動 1 對金屬端帽產(chǎn)生彎曲振動；圖 5b 為圓盤型彎張換能器，設計中采用 PZT-4 徑向極化壓電陶瓷環(huán)驅(qū)動彎曲圓盤，圓盤沿徑向切縫分成 16 等分的扇形結構減少橫向振動耦合。這 2 種結構形式的彎張換能器具有諧振頻率低、幾何尺寸小、電聲效率高等特點。

1.2 高頻寬帶換能器研究進展

水聲裝備除了以探測距離為重要指標，其另一個發(fā)展方向是以獲取最大目標信息量為主要目的。例如，高分辨率圖像聲吶、高數(shù)據(jù)率水聲通信等要求高頻模式工作，并且工作頻帶盡可能寬的裝備系統(tǒng)，因此高頻寬帶水聲換能器成為該系統(tǒng)的關鍵部件，類似于光學成像系統(tǒng)的鏡頭一樣。

圖 6a 為壓電陶瓷柱加匹配層的高頻寬帶換能器，史海榮等[24]研究了壓電陶瓷間隔和陶瓷尺寸的比例及填充材料對帶寬的影響。圖 6b 為張凱等[25]設計的雙匹配層高頻寬帶換能器，其利用壓電陶瓷柱成陣，再添加金屬層和樹脂復合材料的雙匹配層結構實現(xiàn)高頻寬帶的聲發(fā)射性能。圖 6c 為藍宇和張凱[26]設計的 1-1-3 壓電復合材料高頻寬帶換能器，由 1 維連通的壓電小柱和 1 維連通的金屬小柱平行排列于 3 維連通的聚合物基體中而構成的三相壓電復合材料，并研制了高頻寬帶發(fā)射換能器。圖 6d 為張凱等[27]設計的 1-3 壓電復合材料高頻寬帶換能器，利用厚度振動模態(tài)和一階橫向振動模態(tài)耦合作用實現(xiàn)了寬帶工作特性。圖 6e 為王宏偉[28]設計的壓電復合材料圓環(huán)高頻寬帶換能器，通過徑向切割壓電陶瓷圓環(huán)、灌注環(huán)氧樹脂得到壓電復合材料圓環(huán)，再將 2 個不同壁厚的壓電復合材料圓環(huán)疊合組成徑向輻射的雙諧振換能器。

1.3 深水換能器研究進展

深?？臻g是目前海上軍事競爭的新的制高點，我國的海洋戰(zhàn)略目標之一就是走向深藍，深海水聲裝備發(fā)展推動著深水換能器研究不斷取得突破。本文 1.1 節(jié)介紹的低頻換能器中，溢流腔結構的彎曲圓盤換能器和管梁耦合圓環(huán)換能器也是深水換能器的設計實例，在此不做重復，另介紹一些典型的深水換能器研究新成果。

圖5 扁型旋轉(zhuǎn)體彎張換能器

圖6 高頻寬帶換能器

圖 7a 為采用末端激勵和中間激勵的 2 種主要的 Helmholtz 水聲換能器結構形式，桑永杰等[29]對彈性壁條件液腔諧振頻率進行了理論研究。圖 7b 為 Lu 等[30]設計的采用溢流圓管換能器作為激勵源的多液腔低頻寬帶換能器。圖 7c為桑永杰和藍宇[31]設計的低頻大功率 Janus-Helmholtz 換能器；桑永杰和藍宇[32]還通過將 Janus-Helmholtz 換能器的腔體圓筒向活塞輻射面前方延長，在 Janus 輻射器喇叭口處形成新的液腔，研制了多液腔 Janus-Helmholtz 換能器（圖 7d），使換能器具有更寬的工作頻帶。圖 7e 為 Liu[33]設計的用于水聲通信的溢流環(huán)深水換能器，設計中利用了液腔共振與圓環(huán)徑向振動的耦合作用，實現(xiàn)了寬帶工作特性。圖 7f 為童暉等[34]設計的半空間指向性的溢流環(huán)深水寬帶換能器，通過金屬底座改善換能器的垂直方向性和抑制后輻射。圖 7g 為夏鐵堅和郝浩琦[35]設計的深水寬帶縱向換能器，換能器利用縱向振動和前蓋板彎曲振動耦合作用實現(xiàn)寬帶工作，換能器封裝在鈦合金耐壓外殼中，外殼及換能器內(nèi)部充有硅油，通過壓力平衡裝置實現(xiàn)深水工作。

1.4 矢量水聽器研究進展

隨著人們對聲場矢量信息的深度關注和矢量水聽器研究的重視，矢量水聽器技術不斷發(fā)展，成為近年來國際研究熱點之一。進入 21 世紀，我國矢量水聽器應用研究最為活躍，根據(jù) 2014 年底的統(tǒng)計結果，國際矢量水聽器及其應用領域的學術成果近一半來自于我國[36]。在此簡要介紹一下矢量水聽器近期研究進展。

矢量水聽器典型結構是同振型，同振型矢量水聽器是將慣性式敏感元件（振動加速度計、速度計等）封裝于球形[37]或圓柱形[38]殼內(nèi)而成，其工作原理是基于剛性球或圓柱體在聲場作用下作振蕩運動的特性，一般設計為零浮力（圖 8a）。這方面的理論和工藝比較成熟，如今應用了新型壓電單晶材料 PMNT 和 PZNT，使水聽器體積減小、靈敏度提高、自噪聲降低。矢量水聽器主要應用于岸基陣、拖曳陣、舷側(cè)陣等，低頻矢量水聽器還應用于海洋環(huán)境噪聲測量、潛/浮標等系統(tǒng)。

圖7 深水換能器

圖8 矢量水聽器

圖 8b 是一種可固定安裝的同振柱型矢量水聽器[39]，其基本原理沒有改變，結構上用安裝桿代替了懸掛框架，將懸掛彈簧改成橡膠彈簧。這種結構應用場景可拓展到平臺載體上固定安裝。

隨著微機電加工技術（M E M S）的發(fā)展，MEMS 技術已應用于矢量水聽器設計研制當中，MEMS技術可以將敏感單元、控制電路、低噪聲匹配電路、采樣預處理模塊等微電子元件集成為一體，將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號。一種典型工作模式是以微加速度傳感器作為敏感元件[40]（圖 8c），利用單晶硅的壓阻效應原理設計敏感芯片，研制了3 維同振柱型復合 MEMS 矢量水聽器。另一種工作模式是基于仿生學原理，仿效魚的側(cè)線機械傳感細胞感知水運動的原理，設計了 MEMS 壓阻式矢量水聽器[41]（圖 8d）。

光纖水聽器是光纖傳感技術在水聲領域的成功應用之一，顯示出高靈敏度、低噪聲、大動態(tài)范圍、抗干擾等技術特點，近年來在矢量水聽器方面也得到拓展應用，研究人員設計研制出了光纖矢量水聽器。圖 8e 是一種 3 維柱型光纖矢量水聽器[42]，基于 Bragg 光柵設計了加速度傳感單元和聲壓傳感單元，研制出聲壓-振速矢量水聽器。圖8f 是一種 3 維球型光纖矢量水聽器[43]，基于全保偏光纖干涉系統(tǒng)，研制出 3 維正交芯軸式干涉型光纖矢量水聽器，結構緊湊且聲中心重合于一點。

2 淺議我國水聲換能器的發(fā)展現(xiàn)狀與技術差距

本文第 1 節(jié)介紹了我國在低頻換能器、高頻寬帶換能器、深水換能器以及矢量水聽器等方面的研究進展，搜集的資料雖未能詳盡，但也具有相當?shù)牡湫托院痛硇?，基本上描繪出了我國水聲換能器發(fā)展的前沿輪廓。與國際上不同時期換能器方面的標志性創(chuàng)新工作相比，我國相當一部分的創(chuàng)新設計工作要晚于國際前沿技術水平幾年甚至十幾年。

上文已經(jīng)提到，我國水聲換能器發(fā)展的最大動力來自水聲技術領域的應用需求。在我國經(jīng)濟實力和科技力量相對薄弱的時期，這種發(fā)展方式是最具實效性的，但經(jīng)歷很長時期后就會有明顯的歷史痕跡，造成學科布局不系統(tǒng)、產(chǎn)品系列不完整、理論基礎不扎實、專門工藝不完善、配套專業(yè)支撐不持續(xù)、人才隊伍不穩(wěn)定的局面。

例如，在深水換能器技術方面，一些海洋大國在 20 世紀就已經(jīng)有很多成熟技術和系列產(chǎn)品，某些民用深海聲學設備還可以出口到我國，但我國直至 20 世紀末深海聲吶技術需求仍然不強，導致深水換能器技術在當時幾乎處于空白狀態(tài)。近些年國家加大了投入力度，重視基礎理論與基礎核心器件的研究工作，水聲換能器領域研究新成就不斷涌現(xiàn)、技術能力逐年提升、技術進步顯著。前文所列研究工作中就有一些研究成果與國際前沿水平相同步，但整體同步、全面并行的發(fā)展勢頭還遠未形成，尤其是歷史上短缺和發(fā)展薄弱的換能器技術方向，新技術成果也僅是鳳毛麟角、產(chǎn)品性能仍然很弱。

3 海洋科技發(fā)展給水聲換能器研究帶來發(fā)展機遇

3.1 水聲換能器是海洋信息化的主要信息源

控制和利用海洋一直是世界大國追求的目標，可以說，建設海洋強國不僅有利于涉海國家的安全與發(fā)展，也是維護與拓展海外利益的關鍵，更是塑造面向全球性大國的有效途徑[44]。我國從 21 世紀初就提出逐步建設成為海洋強國的戰(zhàn)略目標，國家“十二五”規(guī)劃綱要要求制定和實施海洋發(fā)展戰(zhàn)略，國家“十三五”規(guī)劃綱要要求加強海洋戰(zhàn)略頂層設計[45]。我國科學家近年又先后提出了“數(shù)字海洋”“透明海洋”“智慧海洋”發(fā)展構想，旨在實現(xiàn)對海洋的全面立體感知、廣泛互聯(lián)互通、海量數(shù)據(jù)共享、知識分析與決策、深入智慧服務，從而提升我國的海洋軍事、海洋管控和海洋開發(fā)能力，實現(xiàn)海洋觀測智能化，海洋數(shù)據(jù)應用智能化[46,47]。

國際海洋信息化技術發(fā)展趨勢及我國海洋建設的種種舉措，標志著海洋信息時代的到來。聲波作為水下信息的主要載體，成為水下信息感知、辨識和通訊的主要技術途徑，并用于目標的探測與識別、水下定位導航、海洋物理和生物現(xiàn)象的觀察、海洋環(huán)境參數(shù)測量、地質(zhì)參數(shù)估計以及通信與數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。水聲技術在當前已成為海洋領域的主要信息技術。其中，水聲物理是水聲技術的物理基礎；信號處理是水聲技術的重要工具；而形形色色的水聲換能器則為信號處理提供基礎信息，換言之，水聲換能器是海洋信息化的主要信息源。

3.2 我國海洋信息化建設為水聲換能器研究帶來空前的發(fā)展機遇

（1）建設海洋強國，從獲取海洋信息、認識海洋開始。海洋信息技術涉及海洋信息的獲取、傳輸、處理和融合，在海洋科學研究、環(huán)境調(diào)查、資源開發(fā)、權益維護與安全防衛(wèi)中發(fā)揮越來越重要的作用，在我國海洋強國戰(zhàn)略中占有重要地位。其中海洋信息獲取是海洋信息技術的基礎，也是認識海洋的信息源泉，即主要通過聲、光、電、磁等物理手段以及生物學、化學等傳感機制獲取目標或海洋動力、生態(tài)、地質(zhì)、氣象等環(huán)境信息。海洋信息技術發(fā)展即是從海洋信息獲取、認識海洋開始，目前水聲技術仍然是獲取海洋信息、認識海洋、探測海洋奧秘的主要技術手段，以水聲換能器為基礎支撐的水聲技術蓬勃發(fā)展，必將助力我國海洋強國目標的早日實現(xiàn)。

（2）海洋領域“卡脖子”問題中，傳感器研發(fā)處于亟待解決的“第一梯隊”。世界海洋強國均在海洋裝備的設計研發(fā)、生產(chǎn)建造以及管理運行等方面傾注了大量的人力、物力、財力。其中海洋立體觀測網(wǎng)建設是未來海洋科技發(fā)展重要目標之一，旨在實現(xiàn)海洋環(huán)境觀測的多參數(shù)、寬范圍、實時化、立體化，傳感器及探測裝備的小型化、智能化、標準化、產(chǎn)業(yè)化，海洋組網(wǎng)觀測的全球化等，并將傳感器技術發(fā)展納入重要發(fā)展方向。我國在“中國海洋工程科技2035發(fā)展戰(zhàn)略”關于海洋環(huán)境與資源的動態(tài)感知科技專項中，明確了要突破海洋監(jiān)測、觀測、監(jiān)視系統(tǒng)的核心技術與裝備的瓶頸問題，包括耐腐蝕材料、異質(zhì)模塊組集、傳感集成、海洋大數(shù)據(jù)應用等，并把研制自主傳感器列為重點發(fā)展方向[48]。21 世紀以來，我國高度重視海洋強國建設，海洋科研也因此迎來了黃金時代。海洋科技要發(fā)展，首先要解決海洋領域里面若干“瓶頸問題”?，F(xiàn)今海洋科技面臨著信息化發(fā)展的新挑戰(zhàn)，與海洋進行信息交換的第一窗口就是各類傳感器，因此這些傳感器既是推動海洋科技發(fā)展的根本，也是制約海洋科技發(fā)展進程的頭等瓶頸要素，是第一梯隊的“卡脖子”問題。

（3）海洋水聲裝備換能器的國產(chǎn)化必為大勢所趨。2011 年 8 月，國家發(fā)展改革委、科技部、工信部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略（2011—2020）》，在“總體部署”中明確：“十二五”期間在現(xiàn)有基礎上加強對主力裝備技術的引進消化吸收再創(chuàng)新、“十三五”期間著力開展集成創(chuàng)新。這些部署映射了我國海洋工程裝備進口要素還占有相當比例，尤其是關鍵傳感器、精密控制、動力系統(tǒng)以及海洋防腐技術等方面進口量更大。海洋信息裝備與海洋工程裝備有極其相似的一面，目前我國民用水聲裝備或其高端傳感器方面進口比例還比較大。在軍用水聲裝備方面，由于應用的特殊性，我國堅持走自主發(fā)展的道路。例如，前文所介紹換能器方面的技術成果與突破，支撐了水聲裝備的快速發(fā)展，我國已經(jīng)具備較強的競爭實力。走軍民融合道路，非軍事應用的海洋水聲裝備換能器就有取之不盡的技術源泉，將使水聲裝備換能器的國產(chǎn)化成為可能以及發(fā)展的必然。

（4）水聲系統(tǒng)是海軍一流裝備的重要信息單元。建設強大海軍、鍛造海上精兵勁旅，肩負捍衛(wèi)國家海上主權和維護世界和平的神圣義務，而其中勁旅之“勁”、精兵之“精”的重要物質(zhì)基礎是擁有一流的裝備。在現(xiàn)今信息化時代，面對強大的敵人，在信息化戰(zhàn)場上如何運籌帷幄、穩(wěn)操勝券，須以一流的信息化裝備作為基本保障，善其事當利其器。水聲系統(tǒng)作為海軍裝備的主要信息單元，肩負著重要的時代使命。

4 結語

本文綜述了我國水聲換能器幾個典型技術方向的研究進展，重點關注了近 20 年的系列研究成果，分析總結了該領域的基本發(fā)展概況，充分認識到與國際前沿技術水平存在的差距。結合我國的海洋發(fā)展戰(zhàn)略，分析論述了當前水聲換能器技術所面臨的技術挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。可以看到當前海洋信息技術競爭博弈的時代，快速提升水聲換能器技術能力已經(jīng)到了刻不容緩的時刻。為了鑄就技術領先的海洋信息長城，發(fā)展水下傳感器任務從來沒有像今天這樣緊迫。以下針對我國水聲換能器技術的發(fā)展提出 5 點建議。

（1）夯實基礎，系統(tǒng)規(guī)劃，長線布局。在海洋信息技術快速發(fā)展的背景下，水聲換能器技術面臨前所未有的重大發(fā)展機遇，學科領域應該從全行業(yè)角度系統(tǒng)規(guī)劃、作長期發(fā)展的統(tǒng)籌布局，重視基礎理論研究，夯實基礎。積極鼓勵發(fā)展技術難度大、應用面不是很寬的產(chǎn)品品系，敢于啃硬骨頭，學科發(fā)展中不應有“挑肥揀瘦、拈輕怕重”的短線投資，從產(chǎn)品系列完整化角度統(tǒng)籌發(fā)展。高度重視基礎工藝、專項技術的發(fā)展，加大基礎設施建設力度和基礎工藝研究的資金投入。持續(xù)鼓勵和扶持配套專業(yè)的發(fā)展，不能讓配套專業(yè)或支撐專業(yè)的“發(fā)展不善”成為換能器技術發(fā)展的瓶頸與障礙。

（2）自主創(chuàng)新，縮小差距，實現(xiàn)超越。筆者在總結水聲換能器技術國際發(fā)展動態(tài)和我國研究進展的同時，認識到在水聲換能器技術領域，國內(nèi)外存在不小的差距，主要表現(xiàn)在國內(nèi)的主體研究工作大部分是在跟蹤國外的發(fā)展并在學習中得到發(fā)揮，獨創(chuàng)性研究工作不多。可喜的是國內(nèi)近些年研究熱度倍增，研究成果豐碩，差距在縮小。自主創(chuàng)新仍然是我們步入先進行列的“法寶”，只有自主創(chuàng)新的份額不斷提升，才能逐漸縮小差距，最終實現(xiàn)超越。

（3）軍民融合，優(yōu)勢互補，產(chǎn)研相濟。水聲換能器是一門特殊的技術學科，單純的理論不經(jīng)過實踐和工藝配合無法落實到一流產(chǎn)品當中，一流的技術人員也是在無數(shù)次換能器制作的歷練中打造出來的。軍民融合可以促使產(chǎn)品提升科技含量，并使科研人員得到生產(chǎn)一線的實際磨練，為行業(yè)發(fā)展打下堅實基礎，使水聲換能器產(chǎn)品制造與科學研究相互促進、優(yōu)勢互補、相濟發(fā)展。

（4）人才為本，著力培養(yǎng)，壯大隊伍。任何一個技術領域都有人才培養(yǎng)的問題，但水聲換能器技術領域不僅形勢嚴峻，而且具體情形還大不相同。水聲換能器既是多學科相融合的交叉學科，又是一門體現(xiàn)理論與實踐強相結合的實驗科學，培養(yǎng)專業(yè)人才周期長。專業(yè)發(fā)展既需要領軍的“將才”，更需要眾多工藝能手的“匠才”，而培養(yǎng)“匠才”能手的周期更長。因此，在水聲換能器產(chǎn)品國產(chǎn)化大趨勢以及自主創(chuàng)新發(fā)展背景下，人才短缺問題將會嚴重制約行業(yè)的健康發(fā)展。大力培養(yǎng)專業(yè)人才、精心打造“匠才”能手刻不容緩，并且要堅持不懈、持之以恒，不斷優(yōu)化人員結構、擴大規(guī)模、壯大隊伍。

（5）管理為魂，統(tǒng)籌規(guī)劃，持續(xù)扶持。加強行業(yè)規(guī)劃與管理措施的制定，通過管理機制、扶持政策，保障換能器技術領域步入良性發(fā)展的軌道。目前在評價機制、重視工藝技術、重視能手級人才、基礎條件投入、關聯(lián)行業(yè)的持續(xù)扶持等方面還存在許多管理上的問題。打造行業(yè)精兵勁旅期待著個性化管理與發(fā)展大計，應充分體現(xiàn)特殊專業(yè)方向的個性化發(fā)展特點，簡單照搬“大科學”“大工程”的管理模式未必行之有效。