過去國內在聲納系統與電聲換能器技術上，長期仰賴進口關鍵零組件與外購模組，不僅受限於國外技術與供應鏈，更在產品維修、性能校正與後續擴充上缺乏自主能力

此一依賴造成研發能量受限，亦提高了整體系統成本與時程風險

本技術透過系統化之聲納硬體設計與分析方法，建立了水下電聲換能器與聲學陣列之本土化設計與製作能力

而藉由自主開發壓電陶瓷組裝、封裝製程及量測技術，更可有效掌握各項材料參數與聲學特性之變異，強化聲納系統國產化的穩定性

同時，本技術提供完整的製造流程整合與品質驗證機制，解決過往在外購系統中，無法進行在地化調校與快速改版的問題

透過自製技術的建立，不僅降低成本與外部依賴，亦提升技術自主性與產業鏈安全性，為國內水下聲學領域奠定長期發展基礎

 技術簡介 

本技術係一種聲納(SONAR)的硬體設計與分析技術，適用於主動式或被動式聲納。聲納運作原理均仰賴換能器進行聲波之發射與接收，該換能器多屬於電聲換能器(Electroacoustic Transducer)類型。而專用於水下接收之換能器又可稱為水下麥克風(Hydrophone)；反之，用於水下發射之換能器則稱為發射器(Transmitter)或換能器(Transducer)。本技術所涉及之設計與分析技術包含電聲換能器以及聲納陣列(Sonar array)項目，可分為「設計技術」與「製作技術」，詳述如下：

(一) 設計技術
1.    換能器設計技術
2.    水下麥克風設計技術
3.    聲學發射陣列(Active Sonar Array)設計技術
4.    聲學接收陣列(Passive Sonar Array)設計技術
5.    主動式聲納浮標設計技術
(二) 製作技術
製作技術涵蓋前開設計之原型製作，可分為以下四大類別，包含材料選用、零組件整合及製程品質進行完整開發與驗證：
1.    壓電陶瓷組裝技術
2.    換能器組裝技術
3.    麥克風組裝技術
4.    絕緣橡膠封裝技術
其中技術包含零組件之定位與結合、接著原料配方、清潔與加溫程序等，並綜合製程考量進行量測、分析、比較之方法。
 

技術優勢：
本技術結合電學、固體力學與聲學等跨領域理論，屬於多物理場(Multiphysics)問題，為有效掌握電聲換能器之設計變因與性能，導入有限元素分析(Finite Element Analysis, FEA) 技術，配合等效電路(Equivalent Circuit) 模型進行交叉驗證，並結合多年研發經驗所累積之材料參數資料庫，建立了高精度、高效率之設計與模擬流程。
透過此技術，可在設計階段即預測不同材料、幾何形狀、結構配置對頻率響應、靈敏度及指向性等特性之影響，縮短傳統試誤法所需之反覆驗證時間，達到「快速設計、精準預測、即時修正」之技術效益。
在製作技術方面，本技術整合了壓電陶瓷加工、接著與封裝工藝、電聲性能量測及校正等多階段流程，建立出可重現之製程參數與品質控制機制。此一能力不僅確保產品性能穩定性，更為量產化奠定基礎，使得技術可依應用需求進行客製化調整。
此外，該技術具有高度延展性，可靈活應用於不同規模與型式之聲學系統，包括單體式換能器、線性或平面陣列、主動式聲納浮標及水下感測模組等，具備持續精進本土聲納技術的潛力。

▲圖說：本圖說明聲納硬體開發流程之整合架構，包含「設計技術」與「製作技術」兩大部分。

在設計技術方面，主要採用三種方法：等效電路法 (Equivalent Circuit Method)、有限元素法 (Finite Element Method, FEM)與邊界元素法 (Boundary Element Method, BEM)，並分別對應至集總參數模型、分佈參數模型、電機耦合模組與聲場模擬等領域，用以精確描述換能器於多物理場條件下之行為。
設計結果進一步透過「性能預估 (Performance Estimate)」與「量測與分析 (Testing and Analysis)」進行閉環驗證，以確保模擬結果與實際量測性能一致。
在製作技術方面，則涵蓋四項關鍵製程技術，包括壓電陶瓷組裝技術、換能器組裝技術、水下麥克風組裝技術與絕緣橡膠封裝技術。
此架構能有效建立高可靠度之本土化聲納元件製造能力，確保系統設計、模擬與製作間的一致性與可重現性。

 應用案例 

聲納浮標系統(Voiceseeker)之研製
本技術已成功應用於「聲納浮標」(Sonar Buoy)之設計與開發。該系統需在開放海域中進行被動聲學訊號接收，對於換能器的頻率響應、指向性與耐壓結構具高度要求。
在本技術的支援下，開發團隊利用有限元素分析(FEA)結合等效電路模型，對浮標內部的換能器模組進行最佳化設計，成功預測模組於水下的共振偏移與靈敏度問題。藉由模擬與量測數據比對，換能器共振頻率預估準確度達5%以內，同時導入減震機構設計，有效降低系統干擾與結構共振影響。
製作方面採用本土化壓電陶瓷組裝與絕緣橡膠封裝技術，並確保產品具備長期防水、抗壓與抗腐蝕特性。實測結果顯示，該換能器模組在水下耐壓達 1500 公尺。而浮標系統可於海上連續運行超過72小時，持續監控目標水域之聲景資訊。
本案例充分驗證本技術在設計模擬、製程控制與性能驗證三方面之整合能力，展現了國產化電聲換能器技術的可行性與可靠性，並可依任務需求擴充至潛艦聲納系統、水下通訊裝置與無人載具(UUV)聲學模組等應用領域。

 相關連結 

無

 專利名稱證號 

無

 技術產學合作或技轉單位 

技轉單位：洄音股份有限公司

 獲獎紀錄 

無

 技術聯絡人 

國立中山大學前瞻產業聯絡中心

連絡電話：07-5250165

聯絡信箱：gloria@mail.nsysu.edu.tw