聲波監測裝置的作用

『壹』 工地揚塵雜訊在線監測儀有什麼作用

工地揚塵雜訊在線監測儀（FT-YC01）是用來監測工地里的污染參數的，其中比較主要的就是雜訊，PM2.5，PM10等，這些也是環評督查關注的重點項目。

『貳』 超聲波感測器的工作相關

人們能聽到聲音是由於物體振動產生的，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低於20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。
超聲波是一種在彈性介質中的機械振盪，有兩種形式：橫向振盪（橫波）及縱向振盪（縱波）。在工業中應用主要採用縱向振盪。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，並且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲感測器，配上不同的電路，製成各種超聲測量儀器及裝置，並在通迅，醫療家電等各方面得到廣泛應用。
超聲波感測器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波感測器是一種可逆感測器，它可以將電能轉變成機械振盪而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發送器或接收器。有的超聲波感測器既作發送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波感測器，發送與接收略有差別，它適用於在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類感測器適用於測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示發送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計）。另有一種密封式超聲波感測器（MA40EI型）。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關用，它的性能較好。超聲波應用有三種基本類型，透射型用於遙控器，防盜報警器、自動門、接近開關等；分離式反射型用於測距、液位或料位；反射型用於材料探傷、測厚等。
由發送感測器(或稱波發送器)、接收感測器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發送器感測器由發送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量並向空中輻射；而接收感測器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產生機械振動，將其變換成電能量，作為感測器接收器的輸出，從而對發送的超進行檢測.而實際使用中，用作發送感測器的陶瓷振子也可以用作接收器感測器社的陶瓷振子。控制部分主要對發送器發出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。 超聲波感測器利用聲波介質對被檢測物進行非接觸式無磨損的檢測。超聲波感測器對透明或有色物體，金屬或非金屬物體，固體、液體、粉狀物質均能檢測。其檢測性能幾乎不受任何環境條件的影響，包括煙塵環境和雨天。
檢測模式
超聲波感測器主要採用直接反射式的檢測模式。位於感測器前面的被檢測物通過將發射的聲波部分地發射回感測器的接收器，從而使感測器檢測到被測物。
還有部分超聲波感測器採用對射式的檢測模式。一套對射式超聲波感測器包括一個發射器和一個接收器，兩者之間持續保持「收聽」。位於接收器和發射器之間的被檢測物將會阻斷接收器接收發射的聲波，從而感測器將產生開關信號。
檢測范圍
超聲波感測器的檢測范圍取決於其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測距離越大，如具有毫米級波長的緊湊型感測器的檢測范圍為300~500mm波長大於5mm的感測器檢測范圍可達8m。一些感測器具有較窄的6º聲波發射角，因而更適合精確檢測相對較小的物體。另一些聲波發射角在12º至15º的感測器能夠檢測具有較大傾角的物體。此外，我們還有外置探頭型的超聲波感測器，相應的電子線路位於常規感測器外殼內。這種結構更適合檢測安裝空間有限的場合。
調節
幾乎所有的超聲波感測器都能對開關輸出的近點和遠點或是測量范圍進行調節。在設定范圍外的物體可以被檢測到，但是不會觸發輸出狀態的改變。一些感測器具有不同的調節參數，如感測器的響應時間、回波損失性能，以及感測器與泵設備連接使用時對工作方向的設定調節等。
重復精度
波長等因素會影響超聲波感測器的精度，其中最主要的影響因素是隨溫度變化的聲波速度，因而許多超聲波感測器具有溫度補償的特性。該特性能使模擬量輸出型的超聲波感測器在一個寬溫度范圍內獲得高達0.6mm的重復精度。
輸出功能
所有系列的超聲波感測器都有開關量輸出型產品。一些產品還有2路開關量輸出（如最小和最大液位控制）。大多數產品系列都能提供具有模擬量電流或是模擬電壓輸出的產品。
雜訊抑制
金屬敲擊聲、轟鳴聲等雜訊不會影響超聲波感測器的參數賦值，這主要是由於頻率范圍的優選和已獲專利的雜訊抑制電路。
同步功能
超聲波感測器的同步功能可防干擾。他們通過將各自的同步線進行簡單的連接來實現同步功能。它們同時發射聲波脈沖，象單個感測器一樣工作，同時具有擴展的檢測角度。
交替工作
超聲波感測器 超長掃描型
以交替方式工作的超聲波感測器彼此間是相互獨立的，不會相互影響。以交替方式工作的感測器越多，響應的開關頻率越低。
檢測條件
超聲波感測器特別適合在「空氣」這種介質中工作。這種感測器也能在其它氣體介質中工作，但需要進行靈敏度的調節。
盲區
直接反射式超聲波感測器不能可靠檢測位於超聲波換能器前段的部分物體。由此，超聲波換能器與檢測范圍起點之間的區域被稱為盲區。感測器在這個區域內必須保持不被阻擋。
溫濕度
空氣溫度與濕度會影響聲波的行程時間。空氣溫度每上升20ºC，檢測距離至多增加3.5%。在相對乾燥的空氣條件下，濕度的增加將導致聲速最多增加2%。
空氣壓力
常規情況下大氣變化±5%（選一固定參考點）將導致檢測范圍變化±0.6%。大多數情況下，感測器在5Bar壓力下使用沒有問題。
氣流
氣流的變化將會影響聲速。然而由最高至10m/s的氣流速度造成的影響是微不足道的。在產生空氣渦流比較普遍的條件下，例如對於灼熱的金屬而言，建議不要採用超聲波感測器進行檢測，因為對失真變形的聲波的回聲進行計算是非常困難的。
標准檢測物
採用正方形聲反射板用於額定開關距離sn的標定。
1mm的厚度
垂直性：與聲束軸線垂直。
防護等級
外殼可防固體顆粒和防水。
IP65：完全防塵；防水柱的侵入。
IP67：完全防塵；在恆溫下浸入水下1m深處並放置30分鍾，能夠有效防護。
IP69K：基於EN60529的符合DIN40050-9
泵功能
可施行雙位置控制，例如一個液位控制系統的泵入泵出功能。當一個被測物遠離感測器到達檢測范圍的遠點時，輸出動作。當被測物靠近感測器到達檢測范圍設定的近點時，輸出相反的動作。

『叄』 聲納的應用

聲波是觀察和測量的重要手段。有趣的是，英文「sound」一詞作為名詞是「聲」的意思，作為動詞就有「探測」的意思，可見聲與探測關系之緊密。

在水中進行觀察和測量，得天獨厚的更只有聲波。這是由於其他探測手段的作用距離都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內的物體；電磁波在水中也衰減太快，而且波長越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。然而，聲波在水中傳播的衰減就小得多，在深海聲道中爆炸一個幾公斤的炸彈，在兩萬公里外還可以收到信號，低頻的聲波還可以穿透海底幾千米的地層，並且得到地層中的信息。在水中進行測量和觀察，至今還沒有發現比聲波更有效的手段。

聲吶就是利用聲波對水下目標進行探測和定位的裝置，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。它是SONAR一詞的「義音兩顧」的譯稱，而SONAR是Sound Navigationand Ranging（聲音導航測距）的縮寫。

聲吶分為主動聲吶和被動聲吶。主動聲吶由簡單的回聲探測儀器演變而來，它主動地發射超聲波，然後收測回波進行計算，適用於探測冰山、暗礁、沉船、海深、魚群、水雷和關閉了發動機的隱蔽的潛艇；而被動聲吶則由簡單的水聽器演變而來，它收聽目標發出的雜訊，判斷出目標的位置和某些特性，特別適用於不能發聲暴露自己而又要探測敵艦活動的潛艇。

換能器是聲吶中的重要器件，它是聲能與其它形式的能如機械能、電能、磁能等相互轉換的裝置。它有兩個用途：一是在水下發射聲波，稱為「發射換能器」，相當於空氣中的揚聲器；二是在水下接收聲波，稱為「接收換能器」，相當於空氣中的傳聲器（俗稱「麥克風」或「話筒」）。換能器在實際使用時往往同時用於發射和接收聲波，專門用於接收的換能器又稱為「水聽器」。換能器的工作原理是利用某些材料在電場或磁場的作用下發生伸縮的壓電效應或磁致伸縮效應。

和許多科學技術的發展一樣，社會的需要和科技的進步促進了聲吶技術的發展。

「冰海沉船」事件促使了回聲探測儀的誕生。1912年4月14日，英國豪華大客輪「泰坦尼克號」在赴美首航途中的北大西洋與冰山相撞而沉沒，這一有史以來最大的海難事故引起了很大的震動，促使科學家研究對冰山的探測定位。英國科學家L。F。里查孫在船沉沒後5天和一個月以後連續報了兩項專利，利用聲波在空氣中和水中探測障礙物，提出要使用有指向性的發射換能器，但它沒有繼續做工作實現他的專利。1913年，美國科學家R·A·費森登（R·A·Fessenden）申報了水下探測的多項專利並用自己設計的動圈式換能器製造了第一台回聲探測儀。1914年4月他用這台設備（發出的500－1000Hz的聲波成功地探測到2海里門(3．7公里）之外的冰山。

緊接著，1914年第一次世界大戰爆發，戰爭極大地推動了水聲定位定向兵器的發展。第一次世界大戰期間，德國潛艇大肆活動，展開了「無限潛艇戰」，一時橫行無敵，對協約國和其他國家的海上運輸造成了很大的威脅，幾乎中斷了橫跨大西洋的運輸。協約國和其他國家十分惱火，相繼發展水聲設備，對水下的潛艇進行探測，當時不少著名的科學家都參加了這一工作。一位年輕的俄國電機工程師C。希洛夫斯基很早就在冰海沉船影響下開始了水聲探測設備的研製，第一次世界大戰開始後，他在瑞士山中養病，感到多反潛戰的重要性之後，把自己的研究轉為使用高頻聲波對潛艇進行；回聲探測的設想。他的建議在1915年2月得到法國政府的採納，事並把它交給法國著名物理學家朗之萬（Langevin）教授負責實施。朗之萬和希洛夫斯基決定使用高頻率的超聲，他們採用雲母靜電換能器，在兩個電極中安放雲母片，加上交變電壓後就可以發射聲波，以碳粒傳聲器做接收換能器，用這樣簡陋的設備在1915年底和1916年初在賽納河的兩岸間作傳播試驗獲得成功，實現了兩公里的單向傳播，收到了海底的反射信號和200m外一塊鋼板的反射信號。他們成功的消息傳到英國，英國也成立了一個小組研製回聲探測儀。

為增大探測距離，就要提高發射的強度和接受的靈敏度，他們利用1880～1881年間發現的壓電效應來產生和接收超聲波，只不過這壓電效應還很微弱。恰巧，當時在電子學領域發明了大功率電子管高頻放大器，這正好用來放大壓電效應。剩下的問題就是尋找具有壓電效應的石英單晶。

1917年11月，朗之萬終於說服一位眼鏡商獻出他珍藏多年直徑約10英寸的石英單晶展品，從中切出晶片，做成石英壓電接收換能器，配以雲母靜電發射換能器，完成了6km的單程信號收發，後來又利用石英替代雲母完成了8km的單程信號傳播，而且第一次搜尋到了1500m處潛艇的回波。

英國人知道了朗之萬的成功之後，到處搜尋大塊的水晶，英國地質博物館的水晶展品被搜羅一空後，又來求法國的水晶眼鏡商人，他們從倉庫里找到大量水晶塊，製造出回聲探測器。美國科學家聽了英法代表團介紹朗之萬的成功後，也加強了這方面的研究工作。

在這段時間里，人們還研製了被動聲吶，通過收聽敵艦的雜訊來測定它的方位。最早的被動收聽聲吶只有兩個接收器，通過帶在人頭上的聽診器收聽。為准確地確定距離，後來發展成每側多個水聽器的有空間分布的線陣，靠旋轉線陣，用耳朵判斷敵艦的方位。

可惜直到第一次世界大戰結束，他們也沒有做出進一步的成果。超聲回聲探測成功太晚，沒有能在第一次世界大戰中顯示巨大威力。但是，朗之萬和它的同事們的傑出成就，開創了超聲檢測的應用技術。

第一次世界大戰以後的年代裡，主動聲吶和被動聲吶都得到進一步的發展。英美以發展主動式聲吶為主，使用了較高的頻率，使之與本艦的雜訊頻段相差較遠，能不受本艦雜訊干擾，如朗之萬的聲吶頻率是38kHz，後繼的聲吶頻率也大多在10kHz～30kHz，而且由於頻率較高，可以形成很強的指向性。而此時德國是戰敗國，根據凡爾賽和約的規定，不得建潛艇，並只能有噸位小的軍艦，他們的注意力則集中在發展被動收聽系統。德國的歐根王子號巡洋艦上裝有每側60個水聽器的共形陣，設計精良，對以後的被動聲吶發展影響很大。到1923年時，在法國物理學會50周年紀念展覽會上展出了朗之萬和希洛夫斯基共同研製的回聲探測儀，在當時總共約有3000多條戰艦裝有不同型號的水聲設備。1937年出現了溫度深度計，能很快地測量和計算海水中聲速隨深度的變化，從而掌握聲音傳播的條件，為聲吶的進一步發展打下了基礎。

第二次世界大戰及戰後年代作為水聲兵器的聲吶得到了較全面的發展。這時期，聲吶作用的距離不斷增加，對目標的分辨能力不斷提高，出現了各種類型的聲吶，大到核潛艇上的巨型聲吶，魚雷頭上的制導聲吶。二次大戰中為了使用聲吶，美國集中力量深入地研究了聲速分布對聲傳播的影響，美國和蘇聯各自獨立地發現了由於水文分布而產生的。大洋聲道」，聲波在這里不會碰撞海面和海底，而可以傳播很遠的距離。在二次大戰期間，交戰各方共損失一千多艘潛艇，其中大部分是被聲吶發現的。二戰後，美、蘇兩霸進行軍備競賽，水聲兵器是重要內容之一。隨著資訊理論和數字處理技術的迅速發展，核潛艇和核導彈的出現，使原來近距離監測潛艇的戰術性聲探測，發展為在大洋中遠距離監測核潛艇的戰略性聲探測。為了增大探測距離，聲吶降低了使用頻率以減少海洋的吸現收；而為保持較強的方向性，水聽器的數量就要增加，並按一定的空間分布安裝起來，成為聲吶基陣；為減小自身螺旋槳雜訊的干擾，常把聲吶安裝在艦首的底部，但這樣艦尾方向就成了聲吶搜索不到的盲區，為此，又發展成用拖纜將聲吶拖在艦尾的海水中，並可調整其深度，叫可變深聲吶，這樣又能使聲吶不受海面惡劣情況的影響；另外，換能器陣的長度要增大，但船的長度又有限，於是在船後拖一條長長的電纜，裝上數百個換能器，構成幾百米長的拖曳線列陣，放在一千米深的深水層里，可探測很遠的距離；為了迅速、大面積地搜索某海區的潛艇，還發展了用直升飛機投放聲吶浮標的方法，如圖3－8。反潛飛機能攜帶八十多個聲吶浮標，浮標布放海面後，由計算機控制，能同時監視三十多個聲吶浮標，迅速對海區實行大面積搜索。

蘇聯解體，兩強對峙的局面消失後，聲吶逐步轉向淺海探測和海洋開發應用的研究。發展了能觀察200～300公里范圍海洋現象的海洋聲層析術，把大洋當作人體進行透視、層析。最近又發展了大洋氣候聲學測溫，測量大洋聲道的聲速，根據聲速與海水溫度的關系，算出大洋聲道上的溫度，得到由於二氧化碳的溫室效應產生的溫升資料，去解決人類環境保護的重大問題。

現在的聲吶有了飛躍的發展。現代聲吶的作用距離增加了幾百倍，定向精度可以達到幾分之一度，包括電子計算機和很復雜的大規模集成電路。現代核潛艇聲吶站的換能器，直徑達到幾米，重量達十噸，用電相當於一個小城市的用電量。現在除了艦載聲吶以外，在港口、重要海峽和主要航道處，都固定地布設有龐大的聲吶換能器基陣，對潛艇來說，這是由聲吶織成的天羅地網。

此外，反探測技術也發展很快。如干擾聲吶工作的雜訊堵塞技術，降低回波反射的隱身技術，以及干擾聲吶員判斷的假目標等等。這些在現代軍事術語中叫做電子對抗。

有趣的是，聲吶並非人類的專利，不少動物都有它們自己的「聲吶」。蝙蝠就用喉頭發射每秒10-20次的超聲脈沖而用耳朵接收其回波，藉助這種「主動聲吶」它可以探查到很細小的昆蟲及0．1mm粗細的金屬絲障礙物。而飛蛾等昆蟲也具有「被動聲吶」，能清晰地聽到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。然而有的蝙蝠能使用超出昆蟲偵聽范圍的高頻超聲或低頻超聲，從而使捕捉昆蟲的命中率仍然很高。看來，動物也和人類一樣進行著「聲吶戰」！海豚和鯨等海洋哺乳動物則擁有「水下聲吶」，它們能產生一種十分確定的訊號探尋食物和相互通迅。

海豚聲吶的靈敏度很高，能發現幾米以外直徑0．2mm的金屬絲和直徑1mm的尼龍繩，能區別開只相差200μs時間的兩個信號，能發現幾百米外的魚群，能遮住眼睛在插滿竹竿的水池子中靈活迅速地穿行而不會碰到竹竿；海豚聲吶的「目標識別」能力很強，不但能識別不同的魚類，區分開黃銅、鋁、電木、塑料等不同的物質材料，還能區分開自己發聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波；海豚聲吶的抗干擾能力也是驚人的，如果有雜訊干擾，它會提高叫聲的強度蓋過雜訊，以使自己的判斷不受影響；而且，海豚聲吶還具有感情表達能力，已經證實海豚是一種有「語言」的動物，它們的「交談」正是通過其聲吶系統。尤其是僅存於世的四種淡水豚中最珍貴的一種－我國長江中下游的白鰭豚，它的聲吶系統「分工」明確，有為定位用的，有為通訊用的，有為報警用的，並有通過調頻來調制位相的特殊功能。

多種鯨類都用聲來探測和通信，它們使用的頻率比海豚的低得多，作用距離也遠得多。其他海洋哺乳動物，如海豹、海獅等也都會發射出聲吶信號，進行探測。

終身在極度黑暗的大洋深處生活的動物是不得不採用聲吶等各種手段來搜尋獵物和防避攻擊的，它們的聲吶的性能是人類現代技術所遠不能及的。解開這些動物聲吶的謎，一直是現代聲吶技術的重要研究課題。

和許多科學技術的發展一樣，社會的需要和科技的進步促進了聲吶技術的發展。

「冰海沉船」事件促使了回聲探測儀的誕生。1912年4月14日，英國豪華大客輪「泰坦尼克號」在赴美首航途中的北大西洋與冰山相撞而沉沒，這一有史以來最大的海難事故引起了很大的震動，促使科學家研究對冰山的探測定位。英國科學家L。F。里查孫在船沉沒後5天和一個月以後連續報了兩項專利，利用聲波在空氣中和水中探測障礙物，提出要使用有指向性的發射換能器，但它沒有繼續做工作實現他的專利。1913年，美國科學家R·A·費森登（R·A·Fessenden）申報了水下探測的多項專利並用自己設計的動圈式換能器製造了第一台回聲探測儀。1914年4月他用這台設備（發出的500－1000HZ的聲波成功地探測到2海里門(3．7公里）之外的冰山。

緊接著，1914年第一次世界大戰爆發，戰爭極大地推動了水聲定位定向兵器的發展。第一次世界大戰期間，德國潛艇大肆活動，展開了「無限潛艇戰」，一時橫行無敵，對協約國和其他國家的海上運輸造成了很大的威脅，幾乎中斷了橫跨大西洋的運輸。協約國和其他國家十分惱火，相繼發展水聲設備，對水下的潛艇進行探測，當時不少著名的科學家都參加了這一工作。一位年輕的俄國電機工程師C。希洛夫斯基很早就在冰海沉船影響下開始了水聲探測設備的研製，第一次世界大戰開始後，他在瑞士山中養病，感到多反潛戰的重要性之後，把自己的研究轉為使用高頻聲波對潛艇進行；回聲探測的設想。他的建議在1915年2月得到法國政府的採納，事並把它交給法國著名物理學家朗之萬（Langevin）教授負責實施。朗之萬和希洛夫斯基決定使用高頻率的超聲，他們採用雲母靜電換能器，在兩個電極中安放雲母片，加上交變電壓後就可以發射聲波，以碳粒傳聲器做接收換能器，用這樣簡陋的設備在1915年底和1916年初在賽納河的兩岸間作傳播試驗獲得成功，實現了兩公里的單向傳播，收到了海底的反射信號和200m外一塊鋼板的反射信號。他們成功的消息傳到英國，英國也成立了一個小組研製回聲探測儀。

為增大探測距離，就要提高發射的強度和接受的靈敏度，他們利用1880～1881年間發現的壓電效應來產生和接收超聲波，只不過這壓電效應還很微弱。恰巧，當時在電子學領域發明了大功率電子管高頻放大器，這正好用來放大壓電效應。剩下的問題就是尋找具有壓電效應的石英單晶。

1917年11月，朗之萬終於說服一位眼鏡商獻出他珍藏多年直徑約10英寸的石英單晶展品，從中切出晶片，做成石英壓電接收換能器，配以雲母靜電發射換能器，完成了6km的單程信號收發，後來又利用石英替代雲母完成了8km的單程信號傳播，而且第一次搜尋到了1500m處潛艇的回波。

英國人知道了朗之萬的成功之後，到處搜尋大塊的水晶，英國地質博物館的水晶展品被搜羅一空後，又來求法國的水晶眼鏡商人，他們從倉庫里找到大量水晶塊，製造出回聲探測器。美國科學家聽了英法代表團介紹朗之萬的成功後，也加強了這方面的研究工作。

在這段時間里，人們還研製了被動聲吶，通過收聽敵艦的雜訊來測定它的方位。最早的被動收聽聲吶只有兩個接收器，通過帶在人頭上的聽診器收聽。為准確地確定距離，後來發展成每側多個水聽器的有空間分布的線陣，靠旋轉線陣，用耳朵判斷敵艦的方位。

可惜直到第一次世界大戰結束，他們也沒有做出進一步的成果。超聲回聲探測成功太晚，沒有能在第一次世界大戰中顯示巨大威力。但是，朗之萬和它的同事們的傑出成就，開創了超聲檢測的應用技術。

第一次世界大戰以後的年代裡，主動聲吶和被動聲吶都得到進一步的發展。英美以發展主動式聲吶為主，使用了較高的頻率，使之與本艦的雜訊頻段相差較遠，能不受本艦雜訊干擾，如朗之萬的聲吶頻率是38kHZ，後繼的聲吶頻率也大多在10～30kHZ，而且由於頻率較高，可以形成很強的指向性。而此時德國是戰敗國，根據凡爾賽和約的規定，不得建潛艇，並只能有噸位小的軍艦，他們的注意力則集中在發展被動收聽系統。德國的歐根王子號巡洋艦上裝有每側60個水聽器的共形陣，設計精良，對以後的被動聲吶發展影響很大。到1923年時，在法國物理學會50周年紀念展覽會上展出了朗之萬和希洛夫斯基共同研製的回聲探測儀，在當時總共約有3000多條戰艦裝有不同型號的水聲設備。1937年出現了溫度深度計，能很快地測量和計算海水中聲速隨深度的變化，從而掌握聲音傳播的條件，為聲吶的進一步發展打下了基礎。

第二次世界大戰及戰後年代作為水聲兵器的聲吶得到了較全面的發展。這時期，聲吶作用的距離不斷增加，對目標的分辨能力不斷提高，出現了各種類型的聲吶，大到核潛艇上的巨型聲吶，魚雷頭上的制導聲吶。二次大戰中為了使用聲吶，美國集中力量深入地研究了聲速分布對聲傳播的影響，美國和蘇聯各自獨立地發現了由於水文分布而產生的。大洋聲道」，聲波在這里不會碰撞海面和海底，而可以傳播很遠的距離。在二次大戰期間，交戰各方共損失一千多艘潛艇，其中大部分是被聲吶發現的。二戰後，美、蘇兩霸進行軍備競賽，水聲兵器是重要內容之一。隨著資訊理論和數字處理技術的迅速發展，核潛艇和核導彈的出現，使原來近距離監測潛艇的戰術性聲探測，發展為在大洋中遠距離監測核潛艇的戰略性聲探測。為了增大探測距離，聲吶降低了使用頻率以減少海洋的吸現收；而為保持較強的方向性，水聽器的數量就要增加，並按一定的空間分布安裝起來，成為聲吶基陣；為減小自身螺旋槳雜訊的干擾，常把聲吶安裝在艦首的底部，但這樣艦尾方向就成了聲吶搜索不到的盲區，為此，又發展成用拖纜將聲吶拖在艦尾的海水中，並可調整其深度，叫可變深聲吶，這樣又能使聲吶不受海面惡劣情況的影響；另外，換能器陣的長度要增大，但船的長度又有限，於是在船後拖一條長長的電纜，裝上數百個換能器，構成幾百米長的拖曳線列陣，放在一千米深的深水層里，可探測很遠的距離；為了迅速、大面積地搜索某海區的潛艇，還發展了用直升飛機投放聲吶浮標的方法，如圖3－8。反潛飛機能攜帶八十多個聲吶浮標，浮標布放海面後，由計算機控制，能同時監視三十多個聲吶浮標，迅速對海區實行大面積搜索。

蘇聯解體，兩強對峙的局面消失後，聲吶逐步轉向淺海探測和海洋開發應用的研究。發展了能觀察200～300公里范圍海洋現象的海洋聲層析術，把大洋當作人體進行透視、層析。最近又發展了大洋氣候聲學測溫，測量大洋聲道的聲速，根據聲速與海水溫度的關系，算出大洋聲道上的溫度，得到由於二氧化碳的溫室效應產生的溫升資料，去解決人類環境保護的重大問題。

現在的聲吶有了飛躍的發展。現代聲吶的作用距離增加了幾百倍，定向精度可以達到幾分之一度，包括電子計算機和很復雜的大規模集成電路。現代核潛艇聲吶站的換能器，直徑達到幾米，重量達十噸，用電相當於一個小城市的用電量。現在除了艦載聲吶以外，在港口、重要海峽和主要航道處，都固定地布設有龐大的聲吶換能器基陣，對潛艇來說，這是由聲吶織成的天羅地網。

此外，反探測技術也發展很快。如干擾聲吶工作的雜訊堵塞技術，降低回波反射的隱身技術，以及干擾聲吶員判斷的假目標等等。這些在現代軍事術語中叫做電子對抗。

有趣的是，聲吶並非人類的專利，不少動物都有它們自己的「聲吶」。蝙蝠就用喉頭發射每秒10-20次的超聲脈沖而用耳朵接收其回波，藉助這種「主動聲吶」它可以探查到很細小的昆蟲及0．1mm粗細的金屬絲障礙物。而飛蛾等昆蟲也具有「被動聲吶」，能清晰地聽到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。然而有的蝙蝠能使用超出昆蟲偵聽范圍的高頻超聲或低頻超聲，從而使捕捉昆蟲的命中率仍然很高。看來，動物也和人類一樣進行著「聲吶戰」！海豚和鯨等海洋哺乳動物則擁有「水下聲吶」，它們能產生一種十分確定的訊號探尋食物和相互通迅。

海豚聲吶的靈敏度很高，能發現幾米以外直徑0．2mm的金屬絲和直徑lmm的尼龍繩，能區別開只相差200卜s時間的兩個信號，能發現幾百米外的魚群，能遮住眼睛在插滿竹竿的水池子中靈活迅速地穿行而不會碰到竹竿；海豚聲吶的「目標識別」能力很強，不但能識別不同的魚類，區分開黃銅、鋁、電木、塑料等不同的物質材料，還能區分開自己發聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波；海豚聲吶的抗干擾能力也是驚人的，如果有雜訊干擾，它會提高叫聲的強度蓋過雜訊，以使自己的判斷不受影響；而且，海豚聲吶還具有感情表達能力，已經證實海豚是一種有「語言」的動物，它們的「交談」正是通過其聲吶系統。尤其是僅存於世的四種淡水豚中最珍貴的一種－我國長江中下游的白鰭豚，它的聲吶系統「分工」明確，有為定位用的，有為通訊用的，有為報警用的，並有通過調頻來調制位相的特殊功能。

多種鯨類都用聲來探測和通信，它們使用的頻率比海豚的低得多，作用距離也遠得多。其他海洋哺乳動物，如海豹、海獅等也都會發射出聲吶信號，進行探測。

終身在極度黑暗的大洋深處生活的動物是不得不採用聲吶等各種手段來搜尋獵物和防避攻擊的，它們的聲吶的性能是人類現代技術所遠不能及的。解開這些動物聲吶的謎，一直是現代聲吶技術的重要研究課題。

『肆』 聲波可見實驗在生活中的應用

咨詢記錄 · 回答於2021-10-24

『伍』 利用聲波探測水下目標的裝置是什麼

以海豚為師,研製出了利用水下聲波探測水中目標的儀器------聲吶，聲吶是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，是水聲學中應用廣泛的一種重要裝置。

聲吶能夠向水中發射聲波，聲波的頻率大多在10kHz~30kHz之間，由於這種聲波的頻率較高，可以形成指向性。聲波在水中傳播時，如果遇到潛艇、水雷、魚群等目標，就會被反射回來，反射回來的聲波被聲吶接收，根據聲信號往返時間可以確定目標的距離。

聲吶發出聲波碰到的目標如果是運動的，反射回來的聲波（下稱「回聲」）的音調就會有所變化，它的變化規律是：如果回聲的音調變高，說明目標正向聲吶靠攏；如果回聲的音調變低，說明目標遠離聲吶。

聲吶（利用聲波進行水下探測的技術或設備）

聲吶也作聲納，是英文縮寫「SONAR」的中文音譯（中國科技名詞審定委員會公布的規范譯名為「聲吶 」）。

其全稱為：Sound Navigation And Ranging（聲音導航與測距），是利用聲波在水中的傳播和反射特性，通過電聲轉換和信息處理進行導航和測距的技術，也指利用這種技術對水下目標進行探測（存在、位置、性質、運動方向等）和通訊的電子設備，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置，有主動式和被動式兩種類型。

『陸』 聲波感測器是什麼 工作原理是什麼

定義超聲波感測器是利用超聲波的特性研製而成的感測器。超聲波是一種振動頻率高於聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。 工作原理人們能聽到聲音是由於物體振動產生的，它的頻率在20HZ-20KHZ 范圍內，超過20KHZ 稱為超聲波，低於20HZ 的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。 超聲波是一種在彈性介質中的機械振盪，有兩種形式：橫向振盪(橫波)及縱和振盪(縱波)。在工業中應用主要採用縱向振盪。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，並且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲感測器，配上不同的電路，製成各種超聲測量儀器及裝置，並在通迅，醫療家電等各方面得到廣泛應用。 超聲波感測器主要材料有壓電晶體(電致伸縮)及鎳鐵鋁合金(磁致伸縮)兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛(PZT)等。壓電晶體組成的超聲波感測器是一種可逆感測器，它可以將電能轉變成機械振盪而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發送器或接收器。有的超聲波感測器既作發送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波感測器，發送與接收略有差別，它適用於在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ 及40-45KHZ。這類感測器適用於測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12 等(其中T 表示發送，R 表示接收，40 表示頻率為40KHZ，16 及12 表示其外徑尺寸，以毫米計)。另有一種密封式超聲波感測器(MA40EI 型)。它的特點是具有防水作用(但不能放入水中)，可以作料位及接近開關用，它的性能較好。超聲波應用有三種基本類型，透射型用於遙控器，防盜報警器、自動門、接近開關等；分離式反射型用於測距、液位或料位；反射型用於材料探傷、測厚等。 由發送感測器(或稱波發送器)、接收感測器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發送器感測器由發送器與使用直徑為15mm 左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量並向空中幅射；而接收感測器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產生機械振動，將其變換成電能量，作為感測器接收器的輸出，從而對發送的超進行檢測。而實際使用中，用發送感測器的陶瓷振子的也可以用做接收器感測器社的陶瓷振子。控制部分主要對發送器發出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。 性能指標1、工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 2、工作溫度。由於壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。醫療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的製冷設備。 3、靈敏度。主要取決於製造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。 應用技術超聲波感測技術應用在生產實踐的不同方面，而醫學應用是其最主要的應用之一，以醫學為例子說明超聲波感測技術的應用。超聲波在醫學上的應用主要是診斷疾病，它已經成為了臨床醫學中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優點是：對受檢者無痛苦、無損害、方法簡便、顯像清晰、診斷的准確率高等。因而推廣容易，受到醫務工作者和患者的歡迎。超聲波診斷可以基於不同的醫學原理，其中有代表性的一種所謂的A 型方法。這個方法是利用超聲波的反射。當超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質界面是，在該界面就產生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。 在工業方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。過去，許多技術因為無法探測到物體組織內部而受到阻礙，超聲波感測技術的出現改變了這種狀況。當然更多的超聲波感測器是固定地安裝在不同的裝置上， "悄無聲息"地探測人們所需要的信號。在未來的應用中，超聲波將與信息技術、新材料技術結合起來，將出現更多的智能化、高靈敏度的超聲波感測器。 遙控開關超聲波遙控開關可控制家用電器及照明燈。採用小型超聲波感測器(Φ12-Φ16)，工作頻率在40KHZ,遙控距離約10 米。遙控器的發送，這是由 555 時基電路組成的振盪器，調整10KΩ 電位器，使振盪頻率為40KHZ，感測器接在③腳，接下按鈕時，發送出超聲波，接收電路。電源由220V 經電容降壓、整流、濾波、穩壓後獲得12V 工作電壓。由於是非隔離電源，要整個電路用塑料外殼封裝，以防觸電(在調試時也應注意)。信號由超聲波接收器接收，經 Q1、 Q2 放大(L、C 諧振槽路調諧在40KHZ)。放大後的信號去觸發由Q3、Q4 組成的雙穩態電路，Q5 及LED 作為觸發隔離，並可發光顯示。由於雙穩態在開機時有隨機性，故加一清零按鈕。Q5 輸出的觸發信號使雙向可控硅導通，負載接通。要負載斷路，則要按一次發送鈕。 液位指示及控制器由於超聲波在空氣中有一定的衰減，則發送到液面及從液面反射回來的信號大小與液位有關，液面位置越高，信號越大；液面越低則信號就小。接收到的信號經BG1、BG2 放大，經D1、D2 整流成直流電壓。當 4.7KΩ 上的電壓超過BG3 的導通電壓時，有電流流過BG3，電流表有指示，電流大小與液面有關。當液位低於設置值時，比較器輸出為低電平。BG 不導通，若液位升到規定位置，比較器翻轉，輸出高電平。

『柒』 聲吶探測器的工作原理

聲吶探測器的工作原理是發出聲波後，接受反射回來的聲信號。雷達依賴的電磁波在水下衰減嚴重，根本不足以用於遠距離的探測。而聲波是由物體振動產生，在水中的傳播距離非常遠，水中一聲巨大的爆炸，上千公里遠的地方也能聽到。

聲吶裝置一般由基陣、電子機櫃和輔助設備三部分組成。基陣由水聲換能器以一定幾何圖形排列組合而成，其外形通常為球形、柱形、平板形或線列行，有接收基陣、發射機陣或收發合一基陣之分。電子機櫃一般有發射、接收、顯示和控制等分系統。

輔助設備包括電源設備、連接電纜、水下接線箱和增音機、與聲吶基陣的傳動控制相配套的升降、回轉、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等裝置，以及聲吶導流罩等。

換能器是聲吶中的重要器件，它是聲能與其它形式的能如機械能、電能、磁能等相互轉換的裝置。

(7)聲波監測裝置的作用擴展閱讀

計算機的應用使聲吶向智能化方向發展。

用計算機進行聲吶波束形成、信號處理、目標跟蹤與識別、系統控制、性能監測、故障檢測等。可大大提高聲吶的性能。

隨著第五代計算機(即人工智慧計算機)的問世，聲吶也正在向智能化方向發展。神經網路的研究取得了令人矚目的進展，它與計算機技術和信號處理技術相結合，使聲吶智能化成為可能。

由均勻傳播介質、各向同性雜訊場和單個平面波信號條件下的聲吶設計發展為開發和利用非平面波、非高斯、非平穩信號和雜訊實際特性的環境處理的聲吶設計，以獲取和佔有更多的信息和知識，大幅度提高聲吶檢測距離、定位精度、識別正確率和目標運動分析/跟蹤能力。

數字式聲吶的基本功能是測向和測距，目標識別的功能通常由聲吶 員通過鑒別目標輻射雜訊來完成。隨著聲吶技術的發展，國外的一些聲納已具備目標識別功能，甚至專門配置魚雷報警聲吶。

『捌』 監測次聲有什麼作用

次聲波

(1)次聲波：頻率低於20Hz的聲波，叫次聲波.

(2)次聲波的特點：

①次聲波可以傳播很遠的距離．

②次聲波在傳播過程中不易被障礙物阻擋．

③次聲波容易與生物發生作用．

(3)人類周圍的次聲波

①自然次聲．如狂風暴雨、閃電雷鳴、極光放電、流星爆炸、火山爆發以及地震、海嘯、台風等都可以發出頻率在0.01 Hz至10Hz的次聲波．

②人體次聲．人體本身也是次聲源，如心臟跳動可發出5 Hz到20Hz的次聲波．我們稱之為人體次聲．如高速行駛的卡車可產生次聲，核爆炸、火箭起飛都能產生次聲．

(4)次聲的應用．

①為氣象及地震預報服務．

如低等海洋動物水母對8—13 Hz的次聲波特別敏感，利用仿生學依照水母的耳朵結構製成的水母耳台風預報儀，可提前15 h預測台風的方位和強度．

②為國防建設服務．

建設次聲波服務站，探測分析世界各處的核爆炸，火箭發射等重大軍事動態．目前，還研製出了一種特別靈敏的次聲探測儀，用在邊防檢查上，看是否有人混在車輛行李中出入邊境．

③為農林生產服務．利用次聲波給樹治病、刺激植物生長．

④為人類生產服務．利用8-12Hz適當劑量的次聲波作用可使人的思維集中．製造次聲驅蚊器，用於防止蚊蟲叮咬．

『玖』 利用聲波探測水下目標的裝置叫什麼

利用聲波探測水下目標的裝置叫聲吶。聲吶是利用聲波在水中的傳播和反射特性，通過電聲轉換和信息處理進行導航和測距的技術，也指利用這種技術對水下目標進行探測(存在、位置、性質、運動方向等)和通訊的電子設備。

利用聲波探測水下目標的裝置叫什麼

聲吶是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置，有主動式和被動式兩種類型。

聲吶是各國海軍進行水下監視使用的主要技術，用於對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤。

聲吶技術已有超過100年的歷史，它是1906年由英國海軍的劉易斯·尼克森所發明。

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『拾』 海下測音裝器的作用是怎樣的

新一代海洋探測裝置正在使用聲音追蹤大洋底部發生的「重大事件」，例如火山和地震等，因為科學家發現，海洋中溫度和壓力的不平衡可以形成一個走廊，沿著這條走廊，聲音可以傳播幾千公里，為此人們研製出了可永遠置放於海底的水下測音裝置，這就是SOFAR(聲學系統和測距裝置)。現在，這種裝置已經布置在了海底，相關海洋學家每星期要用電腦處理10億位元組這些來自太平洋底部的信息。自1991年SOFAR啟用以來，人們已用它確定了幾萬次發生於大洋底部的地震和幾次海底火山爆發，這些海底的劇烈運動都沒有被安放在陸地上的地震儀監測到。另外，這種儀器還幫助動物學家們通過鯨的叫聲對兩種藍鯨加以區別。1998年，人們在海底安裝了夏威夷2號監測站，它是一個地震儀，由一組水下測音器連在一條報廢了的海底電纜線上。使用這種儀器，地球物理學家萊特•巴特勒監聽到一次里氏61級的海底地震。這次地震發生在距太平洋西北沿岸2000公里的海域之下，它發出的巨大隆隆聲令科學家們非常驚訝，因為那似乎是一種從未出現過的聲波。科學家分析說，種種跡象表明，這種聲波來自海底流動著的沉積物界面，它為科學家通過聲音探測海底物質形態提供了一種新的參照依據。今天，科學家們又研製出了更加輕便靈活的水下測音器，並把監測的范圍擴展到了大西洋。在那裡，他們第一次記錄到由中大西洋山脊火山活動發出的聲音，在這片地區，岩漿正在上升，海底正在慢慢擴展。