水声换能器是在水介质中实现声与其他形式能量或信息转换的一类传感器；水声换能器是声呐系统最前端的设备，也是声呐系统与水介质相互作用、交流信息的“窗口”。水声换能器技术研发领域涉及多学科交叉融合，与之密切关联的学科主要包括：物理学、材料学、数学、力学、电子学、化学、机械学等，因此水声换能器的发展与其他基础学科的成就息息相关，并同时受到各个关联学科发展的制约。从我国水声换能器数十年发展历史来看，最大的发展动力来自于水声技术领域的应用需求，而直至20世纪末我国水声换能器技术发展还缺乏全局性和系统性。
　　近20年，我国水声换能器技术逐步进入系统性发展阶段，从新材料应用、新结构、新工艺方面实现换能器综合技术性能的优化与提升，在几个典型技术方向上形成了系列研究成果。
　　⒈低频换能器研究进展
　　针对超远程水下信息传输和超隐身潜艇探测发展的迫切需求，低频发射换能器成为21 世纪以来水声换能器领域最受关注的热点方向之一，国外超远程探测与通讯声呐工作频带已经降低到100Hz左右。低频换能器涉及许多理论和技术层面的问题，目前还没有很好地解决，这方面仍将是未来发展中的研究热点与关注焦点。本节选择弯曲振动低频换能器和弯张换能器的研究工作，总结其中的新技术成果。
　　⑴弯曲振动低频换能器
　　低频换能器的发展首先面对的技术问题就是几何尺寸，一般谐振式换能器的工作频率与几何尺寸成反比，也就是说换能器的频率越低则几何尺寸将会越大，弯曲振动可以有效缩减低频换能器的几何尺寸。国内近20年在弯曲振动低频换能器方面的新设计主要包括弯曲梁换能器类、弯曲圆盘换能器类等。
　　①弯曲梁换能器。刘永平等设计一种圆筒悬臂梁宽带发射换能器（图1a），结构设计中将弯曲振动模态频率低的特点和多模态振动耦合拓宽频带的方法结合起来。柴勇等提出一种管梁耦合圆环换能器（图1b），通过在镶拼圆环换能器中加入弯曲梁组成管梁耦合结构，增加了有效工作模态。利用多模耦合作用实现低频、宽带工作特性。采用了溢流结构，经过3 000m深海潜标实际应用验证了其耐静水压能力。Xu等提出柱面弯曲低频换能器的2种设计方案（图1c和d），进行了系列仿真模拟，给出了新型磁致伸缩材料 Terfenol-D 及 Galfenol 驱动的发射响应曲线，展示了该换能器结构具有超低频应用的潜力。
　　②弯曲圆盘换能器。弯曲圆盘换能器包括三叠片、双叠片结构等。图2a所示为一对双叠片组成的紧凑型弯曲圆盘换能器，国外研究工作比较成熟，刘继伍对这种基本结构弯曲圆盘换能器进行了深入研究。从这种基本结构出发，通过设计液腔和对驱动方式进行改进，产生了一些新设计。图2b是镶拼环驱动的弯曲圆盘换能器。图2c的设计利用了不同尺寸的弯曲圆盘换能器组成基阵，采用不同驱动方式，实现宽带工作。图2d是溢流腔结构的弯曲圆盘换能器，设计中适当调整了液腔尺寸以满足声学性能要求。图2e是铁镓合金（galfenol）驱动的弯曲圆盘换能器，采用的结构类似于纵向换能器，激发前辐射板弯曲振动。
　　⑵弯张换能器
　　弯张换能器的概念起始于Hayes 1936年的专利，基本工作方式是1个或多个伸缩振动的振子驱动弯曲振动壳体产生低频声辐射。我国关于弯张换能器的研究与应用从20世纪末开始活跃起来，研究人员设计了多种结构形式的弯张换能器，笔者在总结水声换能器技术国际发展动态的文章中，依照结构和激励方式将弯张换能器分为三大类，在此沿用这种分类方法，分别进行介绍。
　　①柱型结构弯张换能器。该类换能器由纵向伸缩振子驱动平移弯曲振动壳体（图3），换能器的振动壳体是一个平移结构体，即各种形状的柱面壳，由1个或多个纵向伸缩的振子驱动，包括IV型弯张换能器及其变形结构、VII型弯张换能器、四边形弯张换能器等。图3a是典型的IV型弯张换能器结构形式，陈思等研制了弛豫铁电单晶PMNT材料驱动的IV型弯张换能器。李宽和蓝宇研制了稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D驱动的IV型弯张换能器。图3b是VII型弯张换能器的新设计，采用稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D驱动，激励方式在横向尺寸最宽的部位设计1对平行振子，贺西平和李斌对该型换能器进行了深入的系列研究，包括预应力设计分析、理论建模、模态分析、实验研究等。图3c是对IV型弯张换能器改进的新设计，类似于I型弯张换能器到II型弯张换能器的设计改进，采用了长轴加长的椭圆壳结构，换能器采用弛豫铁电单晶材料PMNT驱动，具有比一般 IV 型弯张换能器更优的宽带工作特性。
　　图3d是国内最早对IV型弯张换能器进行改进的新设计——鱼唇式弯张换能器，其采用变高度椭圆壳体并应用了稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D驱动，这种特殊形状的振动壳体具有杠杆臂效应和高度加权的双放大作用。目前Terfenol-D鱼唇式弯张换能器已经系列化，并设计成双壳结构进一步提升发射功率，单只换能器最大声功率可达万瓦级，成为国内低频大功率发射换能器的基本类型之一。图3e是正交激励四边形弯张换能器，采用了一种结构紧凑的设计改进，可以在有限体积内增加更多的功能材料，提高发射声源级。图 3f是对 IV 型弯张换能器的另一改进新设计，类似于I型弯张换能器到III型弯张换能器的设计改进，其采用两椭圆壳体沿长轴方向串联为一体，用更长的压电堆激励，使纵向振子的谐振频率降低而接近弯张壳体基频模态，有利于模态耦合实现宽带工作特性。图3g是对IV型弯张换能器激励振子的改进新设计，为折叠振子驱动的IV型弯张换能器，该结构结合低刚度的壳体材料可有效降低谐振频率。
　　②长型旋转体弯张换能器。该类换能器由纵向伸缩振子驱动旋转对称弯曲振动壳体（图 4），换能器的振动壳体是一个旋转对称结构体，或者沿圆周分布的一系列桶条梁，一般由 1 个纵向伸缩的振子驱动，包括I型弯张换能器、II型弯张换能器、III型弯张换能器的凸型结构和凹型结构等。图4a为I型弯张换能器的凹型结构，亦称为凹筒弯张换能器，蔡志恂等研制了Terfenol-D驱动的凹筒弯张换能器。图4b为III型弯张换能器的凸型结构，亦称为葫芦式弯张换能器，Chai等研究了PZT和PZT+Terfenol-D联合驱动的葫芦式弯张换能器，对联合激励的发射特性参数进行了仿真分析。图4c为磁致伸缩-压电联合激励的凹筒弯张换能器，设计中应用了Terfenol-D和PZT两种激励元件组成复合纵向振子。图4d为多压电堆激励的凹筒弯张换能器，在壳体不变和压电陶瓷材料总体积相同前提下，分析不同个数（1～4个）压电堆驱动对换能器性能的影响，设计研制了三压电堆激励的凹筒弯张换能器。
　　③扁型旋转体弯张换能器。该类换能器由径向扩张振子驱动旋转对称弯曲振动壳体，换能器的振动壳体为 1个旋转对称结构体，一般为1 对凸或凹的球冠（或类球冠）或圆盘等组成，由1个径向扩张的圆环或圆片振子驱动，包括V型弯张换能器、VI型弯张换能器、圆盘型弯张换能器等，在此介绍小尺寸V型弯张换能器——Cymbal和圆盘型弯张换能器。图5a为小尺寸V型弯张换能器，由径向振动的压电陶瓷圆片驱动1对金属端帽产生弯曲振动；图5b为圆盘型弯张换能器，设计中采用PZT-4径向极化压电陶瓷环驱动弯曲圆盘，圆盘沿径向切缝分成16等分的扇形结构减少横向振动耦合。这2种结构形式的弯张换能器具有谐振频率低、几何尺寸小、电声效率高等特点。