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声呐简介与工作原理

2024-01-10 13:49:56 评论（0）

一、声呐简介

中文名——声呐，英文名Sound Navigation And Ranging

声呐是英文缩写"SONAR"的音译，其中文全称为:声音导航与测距，Sound Navigation And Ranging"是一种利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，属于声学定位的范畴。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。

作为一种声波学探测设备，主动式声呐是在英国首先投入使用的，不过英国人把这种设备称为"ASDIC"(潜艇探测器)，美国人称其为"SONAR"，后来英国人也接受了此叫法。

声呐技术至今已有100年历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。他发明的第一部声呐仪是一种被动式的聆听装置，主要用来侦测冰山。这种技术，到第一次世界大战时被应用到战场上，用来侦测潜藏在水底的潜水艇。

声呐是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪;进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声呐技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。

和许多科学技术的发展一样，社会的需要和科技的进步促进了声呐技术的发展。俄罗斯海军专门将一艘核子K-403号潜艇改成声呐测试用艇，可见重视程度。

二、工作原理

声波是观察和测量的重要手段。有趣的是，英文"sound"一词作为名词是"声"的意思，作为动词就有"探测"的意思，可见声与探测关系之紧密。

由于电磁波在水中衰减的速率非常的高，无法做为侦测的讯号来源，相对于电磁波，声波在水中的衰减则要小得多。

声波在传播过程中,当遇到两种声阻抗率不同的物质形成的界面时,就产生声波的反射和折射现象。声波的反射和折射遵循几何光学的规律,两种交界面介质的声阻抗率差别越大,反射愈强,透入第二介质的声能就越小，水或固体与气体之间的声阻抗率差别极大约4000倍，反射极为强烈,透入极少,几乎成全反射。如果能量足够大,在层状的两个平行反射介面之间,声波可以来回反射多次,一直到能量减弱为止这种现象叫超声波的多次反射。另外,超声束如果分别投射到凹凸面及不规则介面上,也会像光线那样聚焦,发散和散射等当超声波波长与障碍物可以相比较时, 就会产生绕射现象。

因而，以声波探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。无论是潜艇或者是水面船只，都利用这项技术的衍生系统，探测水底下的物体，或者是以其作为导航的依据。

在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波。这是由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人们也只能看到十几米到几十米内的物体;电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。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。

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