水声学- 绪论1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,观察点,A,观察点,B,声源运动方向,多普勒效应,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。海洋环境包括水体、海面和海底，有平均特性，也有不均匀性，他们的声学特性对水声设备的研制与使用都是至关重要的。,声纳及声纳方程,海洋的声学特性,海洋中的声传播理论,典型传播条件下的声场,声波在目标上的反射和散射,海洋中的混响,水下噪声,水声学的学习方法一点建议,与海洋学紧密结合,深入掌握声纳方程,注重理论联系实践,第一章 绪论 下半部,