《水声学绪论》PPT课件.ppt

水声学,黑龙江省级精品课程,水声工程学院声学教研室,/,第一章 绪论 上半部,水声学的基本内涵 水声学的发展简史 水声学的主要研究内容 水声的主要应用 本课程的主要内容,1、水声学的基本内涵,1.1 水声学的定义,水声学主要研究声波在水下的辐射、传播与接收，用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关的各种声学问题。,声辐射,声传播,声接收,海洋环境,海底,海面,海水,1.2 水声学基本内涵,水声学是围绕水声技术、水声对抗技术和水声工程的基本需求来开展科学研究的 水声技术 利用声波作为信息载体来实现水下探测、定位、导航和通信的原理与方法 水声对抗技术 在军事上，对抗水下声探测、定位、导航和通信的技术措施与手段 水声工程 水声技术和对抗技术的工程目标实现,磁场：作用距离在100米以内 光：作用距离近10米到100米 声波：1分贝/公里，10kHz 频率 电磁波：衰减4500分贝/公里 结论：声波是目前唯一已知的水下远距离信息传输的有效载体,1.3 各种波在水下的衰减,1.4 声波在水下传播最有效,ATOC-海洋气候声层析,ATOC实验-低频声源,ATOC实验-声波传播路径,2、水声学发展简史,2.1 水声学发展历史,水声学起源 1490年，达.芬奇摘记中提出用长管听远处航船 水声学第一次定量测量 1827年，瑞士物理学家 D.Colladon 和法国数学家 C.Sturm合作，在日内瓦湖测 量了水中的声速。,1840年，焦耳发现了磁致伸缩效应。 1880年，皮埃尔.居里发现了压电效应。,压电陶瓷 -PZT（锆钛酸铝）,2.1 水声学发展历史,压电效应,1912年， 英国人Alexander Belm描述了回声定位设备。 1912年，英国人L.F. Richardon提出了回声定位方案（英国专利）。,2.1 水声学发展历史,The first working sonar system was designed and built in the United States by Canadian Reginald Fessenden in 1914. The Fessenden sonar was an electromagnetic moving-coil oscillator that emitted a low-frequency noise and then switched to a receiver to listen for echoes. It was able to detect an iceberg underwater from 2 miles away, although with the low frequency, it could not precisely resolve its direction.,2.1 水声学发展历史,Powerful high frequency ultrasonic echo-sounding device was developed by emminent French physicist Paul Langvin and Russian scientist Constantin Chilowsky. They called their device the hydrophone. The transducer of the hydrophone consisted of a mosaic of thin quartz crystals glued between two steel plates with a resonant frequency of 150 KHz. Between 1915 and 1918 the hydrophone was further improved in classified research activities and was deployed extensively in the surveillance of German U-boats and submarines. The first known sinking of a submarine detected by hydrophone occurred in the Atlantic during World War I in April,1916.,2.1 水声学发展历史,1925年， 研制出用于船舶导航水声设备回声测深仪。 第二次世界大战促进了水声技术的飞速发展。,2.1 水声学发展历史,二战以后的水声技术与水声学 传感器技术 拖曳线列阵技术 水声信号处理技术 水声物理学研究 减振降噪与隐身技术,2.1 水声学发展历史,1959年，中苏联合水声考察 1994年，南海水声考察 2002年，海洋通量测量,2.1 水声学发展历史,3、水声学主要研究对象,水声学的主要研究内容,水声学,水声物理,水声工程,水声系统,水声技术,水声物理,海洋环境声特性 海水（声学特性） 海底与海面（声学特性） 水声传播（规律） 混响、噪声、散射、声起伏 对声纳设备工作的影响,水声物理研究,水声物理研究,水声换能器 水声基阵 水声换能材料 水声换能器设计原理与方法 水声换能器工艺 声基阵成阵技术 水声换能器校准计量,水声系统,英国国家物理实验室,耦合腔校准系统,中频校准水池定位系统,高压消声水池,湖上试验场及其安装设备和测量系统,4、水声学的主要应用,军事领域,水雷引信 声制导鱼雷 探雷声纳 小目标定位声纳 通信声纳 航空吊放声纳（浮标声纳） 拖曳声纳 拖曳线列阵声纳 水声导航声纳,安静型潜艇探测的需求,消声瓦使高频回波显著降低，潜艇辐射噪声也主要集中于低频线谱。,Variable Depth Sonar,Towed from ship. Buoyancy, scope and ship speed determine depth. SL increased with depth. (Quenching limit) Operate below sonic layer depth.,VDS Deploying,VDS (Canada),Mine Hunting VDS,水中目标探测,S-3 SONOBUOYS,Dipping Sonar,Airborne and dipped into the ocean.,水中目标探测,测深 单波束测深仪 多波束测深仪 旁视声纳 侧扫声纳 综合孔径测深仪 测速 多普勒测速仪（海流计） 相关测速仪（海流计）,民用领域,鱼探仪 助渔设备（诱鱼、计数、跟踪） 助潜设备 水下定位 信标 应答器 通讯与遥测 声控 海洋监测,海底特性探测,海底特性探测,海底特性探测,海底特性探测,洋流和海水温度探测,洋流和海水温度探测,鱼群探测、跟踪和识别,水声通讯,水声通讯,水声定位导航,水声定位导航,5、本课程的主要内容,本课程的主要内容,建立声纳系统的基本概念 由声纳方程入手，将所有与声纳系统有关的物理参数联系到一起，了解声纳系统设计、性能预测所需要的基本参数，建立基本的物理概念，明确水声学的主要研究内容与声纳系统的关系。与换能器和信号处理有关的内容由于有单独设立的课程，这里不再详细讨论。因此，由声纳方程引出有关的水声物理问题，这些都是声纳系统设计必须认真考虑的因素，也是水声学主要的研究内容。,海洋的声学特性是水声学研究的基础，也是水声学研究的基础内容之一。 - 海洋环境的声学特性是海洋监测技术的基础。海洋