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潜艇声纳系统工作原理 1 潜艇声纳系统工作原理 声纳全称声音测距与导航 是一种利用声音在水下传播的特性 通过电声转换和信息处理 完成水下探测与通讯任务的电子设备 声纳并非人类的专利 海豚和鲸鱼等海洋哺乳动物也拥有水下声纳 甚至形成了一门新的学科 动物仿生学 多普勒效应 2 多普勒效应多普勒奥地利物理学家 1 现象 1842年发现 当汽车或者火车向你驶来时 感觉音调变高 当汽车或者火车离你远去时 感觉音调变低 音调由频率决定 频率高音调高 频率低音调低 2 多普勒效应 由于波源和观察者之间有相对运动 使观察者感到频率变化的现象 称为多普勒效应 3 多普勒效应 1 波源的频率 v 单位时间内波源振动的次数或发出的 完整波 的个数 单位 赫兹 Hz 2 接收到的频率 v 观察者在单位时间内接收到的 完整波 的个数 单位 赫兹 Hz 规定 vo表示观察者相对于媒质的运动速度 vs表示波源相对于媒质的运动速度 u表示波的传播速度 几个重要概念 4 多普勒效应 讨论 人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗 接收频率 单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数 只有波源与观察者相对静止时才相等 5 多普勒效应 1 波源不动 观察者相对介质以速度运动 观察者接收的频率 观察者向波源运动 观察者远离波源 6 多普勒效应 2 观察者不动 波源相对介质以速度运动 观察者接收的频率 波源向观察者运动 波源远离观察者 7 多普勒效应 3 波源与观察者同时相对介质运动 8 9 潜艇声纳系统工作原理 光在水中穿透力有限 只能看到几十米到十几米的物体 电磁波在水中又衰减太快 只能传播几十米 只有声波在水中衰减小 低频声波可以穿透几千米的地层 在水中进行测量和观察 至今还没有发现比声波更有效的手段 10 潜艇声纳系统工作原理 潜艇声纳系统工作原理 工作原理是声是由波的形式传播靠发射声波收回传回的声波信息经过专门的声呐处理器显示到屏幕上声纳结构 声纳装置一般由基阵 电子机柜和辅助设备三部分组成 声基阵 由若干声呐换能器以一定规律排列而成的阵列 整流柜 整流柜是用于将交流电变为直流电的功率设备 11 潜艇声纳系统工作原理 潜艇声纳的类型 两种一种是被动声纳一种是主动声纳 主动声纳是自己发出声波接触到后返回的声波就能确定目标这种一般是舰艇使用的 被动的是潜艇的螺旋桨转动的时候会发出声音这时候可以通过这个声源找到目标但这个搜索范围很近 潜艇声纳的应用 探测海的深度 探测鱼群的位置 便于打渔作业 定位潜艇 探测是否有暗礁等 12 潜艇声纳系统工作原理 例 一驱逐舰停在海面上 它的水下超声波多普勒声纳向一驶近的潜艇发射1 8 e4Hz的超声波 由该潜艇发射回来的超声波与发射相差220Hz 设潜艇以速度v向海面移动 驱逐舰发射频率为Vs 波速为 则潜艇接受到波的频率为 13 潜艇声纳系统工作原理 潜艇把这个频率反射回去 驱逐舰接受到的波的频率为 潜艇反射回来的超声波的频率和发射频率的相差为频率差 14 多普勒效应其他应用 雷达波的多普勒效应 交通测速光波的多普勒效