水声学

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所属分类:声学科普
摘要

介绍水声学的研究内容,产生背景、发展史,及现代在海洋方面的应用。

声学声学的一个分支学科,它主要研究声波在水下的产生、传播和接收过程,用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关的声学问题。

水声学

声波是已知的唯一能够在水中远距离传播的波动,在这方面远比电磁波(如无线电波、光波等)好,水声学随着海洋的开发和利用发展起来,并得到了广泛的应用。

1827年左右,瑞士和法国的科学家首次相当精确地测量了水中声速。1912年“巨人”号客轮同冰山相撞而沉没,促使一些科学家研究对冰山回声定位,这标志了水声学的诞生。

美国的费森登设计制造了电动式水声换能器,1914年就能探测到两海里远的冰山。1918年,朗之万制成压电式换能器,产生了超声波,并应用了当时刚出现的真空管放大技术,进行水中远程目标的探测,第一次收到了潜艇的回波,开创了近代水声学,也由此发明了声呐。

随后,水声换能器的革新,关于温度梯度影响声传播路径的机理、声吸收系数随频率变化等水声学研究的成就,使声呐得以不断改进,并在第二次世界大战期间反德国潜艇的大西洋战役中起了重要作用。

第二次世界大战以后,为提高探测远距离目标(如潜艇)的能力,水声学研究的重点转向低频、大功率、深海和信号处理等方面。同时,水声学应用的领域也越加广泛,出现了许多新装置,例如:水声制导鱼雷,音响水雷主、被动扫描声呐,水声通信仪,声浮标,声航速仪,回声探测仪,鱼群探测仪,声导航信标,地貌仪,深、浅诲底地层剖面仪,水声释放器以及水声遥测、控制器等。

水声作为遥测海洋的积分探头,在长时间内大面积连续监测海洋的运动过程以及海洋资源概念也已初步形成。随着海洋的开发,水声学在海洋资源的调查开发、对海洋动力学过程和环境监测、增进人类对海洋环境的认识等方面的应用还将不断地扩展。

现代水声学的研究课题涉及面很广,主要有:新型水声换能器;水中非线性声学;水声场的时空结构;水声信号处理技术;海洋中的噪声和混响、散射和起伏,目标反射和舰船辐射噪声;海洋媒质的声学特性等。特别是水声学正在与海洋、地质、水生物等学科互相渗透,而形成海洋声学等研究领域。

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