声波监测装置的作用

『壹』 工地扬尘噪声在线监测仪有什么作用

工地扬尘噪声在线监测仪（FT-YC01）是用来监测工地里的污染参数的，其中比较主要的就是噪声，PM2.5，PM10等，这些也是环评督查关注的重点项目。

『贰』 超声波传感器的工作相关

人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。
超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计）。另有一种密封式超声波传感器（MA40EI型）。它的特点是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等。
由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测.而实际使用中，用作发送传感器的陶瓷振子也可以用作接收器传感器社的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。 超声波传感器利用声波介质对被检测物进行非接触式无磨损的检测。超声波传感器对透明或有色物体，金属或非金属物体，固体、液体、粉状物质均能检测。其检测性能几乎不受任何环境条件的影响，包括烟尘环境和雨天。
检测模式
超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器，从而使传感器检测到被测物。
还有部分超声波传感器采用对射式的检测模式。一套对射式超声波传感器包括一个发射器和一个接收器，两者之间持续保持“收听”。位于接收器和发射器之间的被检测物将会阻断接收器接收发射的声波，从而传感器将产生开关信号。
检测范围
超声波传感器的检测范围取决于其使用的波长和频率。波长越长，频率越小，检测距离越大，如具有毫米级波长的紧凑型传感器的检测范围为300~500mm波长大于5mm的传感器检测范围可达8m。一些传感器具有较窄的6º声波发射角，因而更适合精确检测相对较小的物体。另一些声波发射角在12º至15º的传感器能够检测具有较大倾角的物体。此外，我们还有外置探头型的超声波传感器，相应的电子线路位于常规传感器外壳内。这种结构更适合检测安装空间有限的场合。
调节
几乎所有的超声波传感器都能对开关输出的近点和远点或是测量范围进行调节。在设定范围外的物体可以被检测到，但是不会触发输出状态的改变。一些传感器具有不同的调节参数，如传感器的响应时间、回波损失性能，以及传感器与泵设备连接使用时对工作方向的设定调节等。
重复精度
波长等因素会影响超声波传感器的精度，其中最主要的影响因素是随温度变化的声波速度，因而许多超声波传感器具有温度补偿的特性。该特性能使模拟量输出型的超声波传感器在一个宽温度范围内获得高达0.6mm的重复精度。
输出功能
所有系列的超声波传感器都有开关量输出型产品。一些产品还有2路开关量输出（如最小和最大液位控制）。大多数产品系列都能提供具有模拟量电流或是模拟电压输出的产品。
噪声抑制
金属敲击声、轰鸣声等噪声不会影响超声波传感器的参数赋值，这主要是由于频率范围的优选和已获专利的噪声抑制电路。
同步功能
超声波传感器的同步功能可防干扰。他们通过将各自的同步线进行简单的连接来实现同步功能。它们同时发射声波脉冲，象单个传感器一样工作，同时具有扩展的检测角度。
交替工作
超声波传感器 超长扫描型
以交替方式工作的超声波传感器彼此间是相互独立的，不会相互影响。以交替方式工作的传感器越多，响应的开关频率越低。
检测条件
超声波传感器特别适合在“空气”这种介质中工作。这种传感器也能在其它气体介质中工作，但需要进行灵敏度的调节。
盲区
直接反射式超声波传感器不能可靠检测位于超声波换能器前段的部分物体。由此，超声波换能器与检测范围起点之间的区域被称为盲区。传感器在这个区域内必须保持不被阻挡。
温湿度
空气温度与湿度会影响声波的行程时间。空气温度每上升20ºC，检测距离至多增加3.5%。在相对干燥的空气条件下，湿度的增加将导致声速最多增加2%。
空气压力
常规情况下大气变化±5%（选一固定参考点）将导致检测范围变化±0.6%。大多数情况下，传感器在5Bar压力下使用没有问题。
气流
气流的变化将会影响声速。然而由最高至10m/s的气流速度造成的影响是微不足道的。在产生空气涡流比较普遍的条件下，例如对于灼热的金属而言，建议不要采用超声波传感器进行检测，因为对失真变形的声波的回声进行计算是非常困难的。
标准检测物
采用正方形声反射板用于额定开关距离sn的标定。
1mm的厚度
垂直性：与声束轴线垂直。
防护等级
外壳可防固体颗粒和防水。
IP65：完全防尘；防水柱的侵入。
IP67：完全防尘；在恒温下浸入水下1m深处并放置30分钟，能够有效防护。
IP69K：基于EN60529的符合DIN40050-9
泵功能
可施行双位置控制，例如一个液位控制系统的泵入泵出功能。当一个被测物远离传感器到达检测范围的远点时，输出动作。当被测物靠近传感器到达检测范围设定的近点时，输出相反的动作。

『叁』 声纳的应用

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。

在水中进行观察和测量，得天独厚的更只有声波。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。

声呐就是利用声波对水下目标进行探测和定位的装置，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置。它是SONAR一词的“义音两顾”的译称，而SONAR是Sound Navigationand Ranging（声音导航测距）的缩写。

声呐分为主动声呐和被动声呐。主动声呐由简单的回声探测仪器演变而来，它主动地发射超声波，然后收测回波进行计算，适用于探测冰山、暗礁、沉船、海深、鱼群、水雷和关闭了发动机的隐蔽的潜艇；而被动声呐则由简单的水听器演变而来，它收听目标发出的噪声，判断出目标的位置和某些特性，特别适用于不能发声暴露自己而又要探测敌舰活动的潜艇。

换能器是声呐中的重要器件，它是声能与其它形式的能如机械能、电能、磁能等相互转换的装置。它有两个用途：一是在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于空气中的扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于空气中的传声器（俗称“麦克风”或“话筒”）。换能器在实际使用时往往同时用于发射和接收声波，专门用于接收的换能器又称为“水听器”。换能器的工作原理是利用某些材料在电场或磁场的作用下发生伸缩的压电效应或磁致伸缩效应。

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。

“冰海沉船”事件促使了回声探测仪的诞生。1912年4月14日，英国豪华大客轮“泰坦尼克号”在赴美首航途中的北大西洋与冰山相撞而沉没，这一有史以来最大的海难事故引起了很大的震动，促使科学家研究对冰山的探测定位。英国科学家L。F。里查孙在船沉没后5天和一个月以后连续报了两项专利，利用声波在空气中和水中探测障碍物，提出要使用有指向性的发射换能器，但它没有继续做工作实现他的专利。1913年，美国科学家R·A·费森登（R·A·Fessenden）申报了水下探测的多项专利并用自己设计的动圈式换能器制造了第一台回声探测仪。1914年4月他用这台设备（发出的500－1000Hz的声波成功地探测到2海里门(3．7公里）之外的冰山。

紧接着，1914年第一次世界大战爆发，战争极大地推动了水声定位定向兵器的发展。第一次世界大战期间，德国潜艇大肆活动，展开了“无限潜艇战”，一时横行无敌，对协约国和其他国家的海上运输造成了很大的威胁，几乎中断了横跨大西洋的运输。协约国和其他国家十分恼火，相继发展水声设备，对水下的潜艇进行探测，当时不少著名的科学家都参加了这一工作。一位年轻的俄国电机工程师C。希洛夫斯基很早就在冰海沉船影响下开始了水声探测设备的研制，第一次世界大战开始后，他在瑞士山中养病，感到多反潜战的重要性之后，把自己的研究转为使用高频声波对潜艇进行；回声探测的设想。他的建议在1915年2月得到法国政府的采纳，事并把它交给法国著名物理学家朗之万（Langevin）教授负责实施。朗之万和希洛夫斯基决定使用高频率的超声，他们采用云母静电换能器，在两个电极中安放云母片，加上交变电压后就可以发射声波，以碳粒传声器做接收换能器，用这样简陋的设备在1915年底和1916年初在赛纳河的两岸间作传播试验获得成功，实现了两公里的单向传播，收到了海底的反射信号和200m外一块钢板的反射信号。他们成功的消息传到英国，英国也成立了一个小组研制回声探测仪。

为增大探测距离，就要提高发射的强度和接受的灵敏度，他们利用1880～1881年间发现的压电效应来产生和接收超声波，只不过这压电效应还很微弱。恰巧，当时在电子学领域发明了大功率电子管高频放大器，这正好用来放大压电效应。剩下的问题就是寻找具有压电效应的石英单晶。

1917年11月，朗之万终于说服一位眼镜商献出他珍藏多年直径约10英寸的石英单晶展品，从中切出晶片，做成石英压电接收换能器，配以云母静电发射换能器，完成了6km的单程信号收发，后来又利用石英替代云母完成了8km的单程信号传播，而且第一次搜寻到了1500m处潜艇的回波。

英国人知道了朗之万的成功之后，到处搜寻大块的水晶，英国地质博物馆的水晶展品被搜罗一空后，又来求法国的水晶眼镜商人，他们从仓库里找到大量水晶块，制造出回声探测器。美国科学家听了英法代表团介绍朗之万的成功后，也加强了这方面的研究工作。

在这段时间里，人们还研制了被动声呐，通过收听敌舰的噪声来测定它的方位。最早的被动收听声呐只有两个接收器，通过带在人头上的听诊器收听。为准确地确定距离，后来发展成每侧多个水听器的有空间分布的线阵，靠旋转线阵，用耳朵判断敌舰的方位。

可惜直到第一次世界大战结束，他们也没有做出进一步的成果。超声回声探测成功太晚，没有能在第一次世界大战中显示巨大威力。但是，朗之万和它的同事们的杰出成就，开创了超声检测的应用技术。

第一次世界大战以后的年代里，主动声呐和被动声呐都得到进一步的发展。英美以发展主动式声呐为主，使用了较高的频率，使之与本舰的噪声频段相差较远，能不受本舰噪声干扰，如朗之万的声呐频率是38kHz，后继的声呐频率也大多在10kHz～30kHz，而且由于频率较高，可以形成很强的指向性。而此时德国是战败国，根据凡尔赛和约的规定，不得建潜艇，并只能有吨位小的军舰，他们的注意力则集中在发展被动收听系统。德国的欧根王子号巡洋舰上装有每侧60个水听器的共形阵，设计精良，对以后的被动声呐发展影响很大。到1923年时，在法国物理学会50周年纪念展览会上展出了朗之万和希洛夫斯基共同研制的回声探测仪，在当时总共约有3000多条战舰装有不同型号的水声设备。1937年出现了温度深度计，能很快地测量和计算海水中声速随深度的变化，从而掌握声音传播的条件，为声呐的进一步发展打下了基础。

第二次世界大战及战后年代作为水声兵器的声呐得到了较全面的发展。这时期，声呐作用的距离不断增加，对目标的分辨能力不断提高，出现了各种类型的声呐，大到核潜艇上的巨型声呐，鱼雷头上的制导声呐。二次大战中为了使用声呐，美国集中力量深入地研究了声速分布对声传播的影响，美国和苏联各自独立地发现了由于水文分布而产生的。大洋声道”，声波在这里不会碰撞海面和海底，而可以传播很远的距离。在二次大战期间，交战各方共损失一千多艘潜艇，其中大部分是被声呐发现的。二战后，美、苏两霸进行军备竞赛，水声兵器是重要内容之一。随着信息论和数字处理技术的迅速发展，核潜艇和核导弹的出现，使原来近距离监测潜艇的战术性声探测，发展为在大洋中远距离监测核潜艇的战略性声探测。为了增大探测距离，声呐降低了使用频率以减少海洋的吸现收；而为保持较强的方向性，水听器的数量就要增加，并按一定的空间分布安装起来，成为声呐基阵；为减小自身螺旋桨噪声的干扰，常把声呐安装在舰首的底部，但这样舰尾方向就成了声呐搜索不到的盲区，为此，又发展成用拖缆将声呐拖在舰尾的海水中，并可调整其深度，叫可变深声呐，这样又能使声呐不受海面恶劣情况的影响；另外，换能器阵的长度要增大，但船的长度又有限，于是在船后拖一条长长的电缆，装上数百个换能器，构成几百米长的拖曳线列阵，放在一千米深的深水层里，可探测很远的距离；为了迅速、大面积地搜索某海区的潜艇，还发展了用直升飞机投放声呐浮标的方法，如图3－8。反潜飞机能携带八十多个声呐浮标，浮标布放海面后，由计算机控制，能同时监视三十多个声呐浮标，迅速对海区实行大面积搜索。

苏联解体，两强对峙的局面消失后，声呐逐步转向浅海探测和海洋开发应用的研究。发展了能观察200～300公里范围海洋现象的海洋声层析术，把大洋当作人体进行透视、层析。最近又发展了大洋气候声学测温，测量大洋声道的声速，根据声速与海水温度的关系，算出大洋声道上的温度，得到由于二氧化碳的温室效应产生的温升资料，去解决人类环境保护的重大问题。

现在的声呐有了飞跃的发展。现代声呐的作用距离增加了几百倍，定向精度可以达到几分之一度，包括电子计算机和很复杂的大规模集成电路。现代核潜艇声呐站的换能器，直径达到几米，重量达十吨，用电相当于一个小城市的用电量。现在除了舰载声呐以外，在港口、重要海峡和主要航道处，都固定地布设有庞大的声呐换能器基阵，对潜艇来说，这是由声呐织成的天罗地网。

此外，反探测技术也发展很快。如干扰声呐工作的噪声堵塞技术，降低回波反射的隐身技术，以及干扰声呐员判断的假目标等等。这些在现代军事术语中叫做电子对抗。

有趣的是，声呐并非人类的专利，不少动物都有它们自己的“声呐”。蝙蝠就用喉头发射每秒10-20次的超声脉冲而用耳朵接收其回波，借助这种“主动声呐”它可以探查到很细小的昆虫及0．1mm粗细的金属丝障碍物。而飞蛾等昆虫也具有“被动声呐”，能清晰地听到40m以外的蝙蝠超声，因而往往得以逃避攻击。然而有的蝙蝠能使用超出昆虫侦听范围的高频超声或低频超声，从而使捕捉昆虫的命中率仍然很高。看来，动物也和人类一样进行着“声呐战”！海豚和鲸等海洋哺乳动物则拥有“水下声呐”，它们能产生一种十分确定的讯号探寻食物和相互通迅。

海豚声呐的灵敏度很高，能发现几米以外直径0．2mm的金属丝和直径1mm的尼龙绳，能区别开只相差200μs时间的两个信号，能发现几百米外的鱼群，能遮住眼睛在插满竹竿的水池子中灵活迅速地穿行而不会碰到竹竿；海豚声呐的“目标识别”能力很强，不但能识别不同的鱼类，区分开黄铜、铝、电木、塑料等不同的物质材料，还能区分开自己发声的回波和人们录下它的声音而重放的声波；海豚声呐的抗干扰能力也是惊人的，如果有噪声干扰，它会提高叫声的强度盖过噪声，以使自己的判断不受影响；而且，海豚声呐还具有感情表达能力，已经证实海豚是一种有“语言”的动物，它们的“交谈”正是通过其声呐系统。尤其是仅存于世的四种淡水豚中最珍贵的一种－我国长江中下游的白鳍豚，它的声呐系统“分工”明确，有为定位用的，有为通讯用的，有为报警用的，并有通过调频来调制位相的特殊功能。

多种鲸类都用声来探测和通信，它们使用的频率比海豚的低得多，作用距离也远得多。其他海洋哺乳动物，如海豹、海狮等也都会发射出声呐信号，进行探测。

终身在极度黑暗的大洋深处生活的动物是不得不采用声呐等各种手段来搜寻猎物和防避攻击的，它们的声呐的性能是人类现代技术所远不能及的。解开这些动物声呐的谜，一直是现代声呐技术的重要研究课题。

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。

“冰海沉船”事件促使了回声探测仪的诞生。1912年4月14日，英国豪华大客轮“泰坦尼克号”在赴美首航途中的北大西洋与冰山相撞而沉没，这一有史以来最大的海难事故引起了很大的震动，促使科学家研究对冰山的探测定位。英国科学家L。F。里查孙在船沉没后5天和一个月以后连续报了两项专利，利用声波在空气中和水中探测障碍物，提出要使用有指向性的发射换能器，但它没有继续做工作实现他的专利。1913年，美国科学家R·A·费森登（R·A·Fessenden）申报了水下探测的多项专利并用自己设计的动圈式换能器制造了第一台回声探测仪。1914年4月他用这台设备（发出的500－1000HZ的声波成功地探测到2海里门(3．7公里）之外的冰山。

紧接着，1914年第一次世界大战爆发，战争极大地推动了水声定位定向兵器的发展。第一次世界大战期间，德国潜艇大肆活动，展开了“无限潜艇战”，一时横行无敌，对协约国和其他国家的海上运输造成了很大的威胁，几乎中断了横跨大西洋的运输。协约国和其他国家十分恼火，相继发展水声设备，对水下的潜艇进行探测，当时不少著名的科学家都参加了这一工作。一位年轻的俄国电机工程师C。希洛夫斯基很早就在冰海沉船影响下开始了水声探测设备的研制，第一次世界大战开始后，他在瑞士山中养病，感到多反潜战的重要性之后，把自己的研究转为使用高频声波对潜艇进行；回声探测的设想。他的建议在1915年2月得到法国政府的采纳，事并把它交给法国著名物理学家朗之万（Langevin）教授负责实施。朗之万和希洛夫斯基决定使用高频率的超声，他们采用云母静电换能器，在两个电极中安放云母片，加上交变电压后就可以发射声波，以碳粒传声器做接收换能器，用这样简陋的设备在1915年底和1916年初在赛纳河的两岸间作传播试验获得成功，实现了两公里的单向传播，收到了海底的反射信号和200m外一块钢板的反射信号。他们成功的消息传到英国，英国也成立了一个小组研制回声探测仪。

为增大探测距离，就要提高发射的强度和接受的灵敏度，他们利用1880～1881年间发现的压电效应来产生和接收超声波，只不过这压电效应还很微弱。恰巧，当时在电子学领域发明了大功率电子管高频放大器，这正好用来放大压电效应。剩下的问题就是寻找具有压电效应的石英单晶。

1917年11月，朗之万终于说服一位眼镜商献出他珍藏多年直径约10英寸的石英单晶展品，从中切出晶片，做成石英压电接收换能器，配以云母静电发射换能器，完成了6km的单程信号收发，后来又利用石英替代云母完成了8km的单程信号传播，而且第一次搜寻到了1500m处潜艇的回波。

英国人知道了朗之万的成功之后，到处搜寻大块的水晶，英国地质博物馆的水晶展品被搜罗一空后，又来求法国的水晶眼镜商人，他们从仓库里找到大量水晶块，制造出回声探测器。美国科学家听了英法代表团介绍朗之万的成功后，也加强了这方面的研究工作。

在这段时间里，人们还研制了被动声呐，通过收听敌舰的噪声来测定它的方位。最早的被动收听声呐只有两个接收器，通过带在人头上的听诊器收听。为准确地确定距离，后来发展成每侧多个水听器的有空间分布的线阵，靠旋转线阵，用耳朵判断敌舰的方位。

可惜直到第一次世界大战结束，他们也没有做出进一步的成果。超声回声探测成功太晚，没有能在第一次世界大战中显示巨大威力。但是，朗之万和它的同事们的杰出成就，开创了超声检测的应用技术。

第一次世界大战以后的年代里，主动声呐和被动声呐都得到进一步的发展。英美以发展主动式声呐为主，使用了较高的频率，使之与本舰的噪声频段相差较远，能不受本舰噪声干扰，如朗之万的声呐频率是38kHZ，后继的声呐频率也大多在10～30kHZ，而且由于频率较高，可以形成很强的指向性。而此时德国是战败国，根据凡尔赛和约的规定，不得建潜艇，并只能有吨位小的军舰，他们的注意力则集中在发展被动收听系统。德国的欧根王子号巡洋舰上装有每侧60个水听器的共形阵，设计精良，对以后的被动声呐发展影响很大。到1923年时，在法国物理学会50周年纪念展览会上展出了朗之万和希洛夫斯基共同研制的回声探测仪，在当时总共约有3000多条战舰装有不同型号的水声设备。1937年出现了温度深度计，能很快地测量和计算海水中声速随深度的变化，从而掌握声音传播的条件，为声呐的进一步发展打下了基础。

第二次世界大战及战后年代作为水声兵器的声呐得到了较全面的发展。这时期，声呐作用的距离不断增加，对目标的分辨能力不断提高，出现了各种类型的声呐，大到核潜艇上的巨型声呐，鱼雷头上的制导声呐。二次大战中为了使用声呐，美国集中力量深入地研究了声速分布对声传播的影响，美国和苏联各自独立地发现了由于水文分布而产生的。大洋声道”，声波在这里不会碰撞海面和海底，而可以传播很远的距离。在二次大战期间，交战各方共损失一千多艘潜艇，其中大部分是被声呐发现的。二战后，美、苏两霸进行军备竞赛，水声兵器是重要内容之一。随着信息论和数字处理技术的迅速发展，核潜艇和核导弹的出现，使原来近距离监测潜艇的战术性声探测，发展为在大洋中远距离监测核潜艇的战略性声探测。为了增大探测距离，声呐降低了使用频率以减少海洋的吸现收；而为保持较强的方向性，水听器的数量就要增加，并按一定的空间分布安装起来，成为声呐基阵；为减小自身螺旋桨噪声的干扰，常把声呐安装在舰首的底部，但这样舰尾方向就成了声呐搜索不到的盲区，为此，又发展成用拖缆将声呐拖在舰尾的海水中，并可调整其深度，叫可变深声呐，这样又能使声呐不受海面恶劣情况的影响；另外，换能器阵的长度要增大，但船的长度又有限，于是在船后拖一条长长的电缆，装上数百个换能器，构成几百米长的拖曳线列阵，放在一千米深的深水层里，可探测很远的距离；为了迅速、大面积地搜索某海区的潜艇，还发展了用直升飞机投放声呐浮标的方法，如图3－8。反潜飞机能携带八十多个声呐浮标，浮标布放海面后，由计算机控制，能同时监视三十多个声呐浮标，迅速对海区实行大面积搜索。

苏联解体，两强对峙的局面消失后，声呐逐步转向浅海探测和海洋开发应用的研究。发展了能观察200～300公里范围海洋现象的海洋声层析术，把大洋当作人体进行透视、层析。最近又发展了大洋气候声学测温，测量大洋声道的声速，根据声速与海水温度的关系，算出大洋声道上的温度，得到由于二氧化碳的温室效应产生的温升资料，去解决人类环境保护的重大问题。

现在的声呐有了飞跃的发展。现代声呐的作用距离增加了几百倍，定向精度可以达到几分之一度，包括电子计算机和很复杂的大规模集成电路。现代核潜艇声呐站的换能器，直径达到几米，重量达十吨，用电相当于一个小城市的用电量。现在除了舰载声呐以外，在港口、重要海峡和主要航道处，都固定地布设有庞大的声呐换能器基阵，对潜艇来说，这是由声呐织成的天罗地网。

此外，反探测技术也发展很快。如干扰声呐工作的噪声堵塞技术，降低回波反射的隐身技术，以及干扰声呐员判断的假目标等等。这些在现代军事术语中叫做电子对抗。

有趣的是，声呐并非人类的专利，不少动物都有它们自己的“声呐”。蝙蝠就用喉头发射每秒10-20次的超声脉冲而用耳朵接收其回波，借助这种“主动声呐”它可以探查到很细小的昆虫及0．1mm粗细的金属丝障碍物。而飞蛾等昆虫也具有“被动声呐”，能清晰地听到40m以外的蝙蝠超声，因而往往得以逃避攻击。然而有的蝙蝠能使用超出昆虫侦听范围的高频超声或低频超声，从而使捕捉昆虫的命中率仍然很高。看来，动物也和人类一样进行着“声呐战”！海豚和鲸等海洋哺乳动物则拥有“水下声呐”，它们能产生一种十分确定的讯号探寻食物和相互通迅。

海豚声呐的灵敏度很高，能发现几米以外直径0．2mm的金属丝和直径lmm的尼龙绳，能区别开只相差200卜s时间的两个信号，能发现几百米外的鱼群，能遮住眼睛在插满竹竿的水池子中灵活迅速地穿行而不会碰到竹竿；海豚声呐的“目标识别”能力很强，不但能识别不同的鱼类，区分开黄铜、铝、电木、塑料等不同的物质材料，还能区分开自己发声的回波和人们录下它的声音而重放的声波；海豚声呐的抗干扰能力也是惊人的，如果有噪声干扰，它会提高叫声的强度盖过噪声，以使自己的判断不受影响；而且，海豚声呐还具有感情表达能力，已经证实海豚是一种有“语言”的动物，它们的“交谈”正是通过其声呐系统。尤其是仅存于世的四种淡水豚中最珍贵的一种－我国长江中下游的白鳍豚，它的声呐系统“分工”明确，有为定位用的，有为通讯用的，有为报警用的，并有通过调频来调制位相的特殊功能。

多种鲸类都用声来探测和通信，它们使用的频率比海豚的低得多，作用距离也远得多。其他海洋哺乳动物，如海豹、海狮等也都会发射出声呐信号，进行探测。

终身在极度黑暗的大洋深处生活的动物是不得不采用声呐等各种手段来搜寻猎物和防避攻击的，它们的声呐的性能是人类现代技术所远不能及的。解开这些动物声呐的谜，一直是现代声呐技术的重要研究课题。

『肆』 声波可见实验在生活中的应用

咨询记录 · 回答于2021-10-24

『伍』 利用声波探测水下目标的装置是什么

以海豚为师,研制出了利用水下声波探测水中目标的仪器------声呐，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，是水声学中应用广泛的一种重要装置。

声呐能够向水中发射声波，声波的频率大多在10kHz~30kHz之间，由于这种声波的频率较高，可以形成指向性。声波在水中传播时，如果遇到潜艇、水雷、鱼群等目标，就会被反射回来，反射回来的声波被声呐接收，根据声信号往返时间可以确定目标的距离。

声呐发出声波碰到的目标如果是运动的，反射回来的声波（下称“回声”）的音调就会有所变化，它的变化规律是：如果回声的音调变高，说明目标正向声呐靠拢；如果回声的音调变低，说明目标远离声呐。

声呐（利用声波进行水下探测的技术或设备）

声呐也作声纳，是英文缩写“SONAR”的中文音译（中国科技名词审定委员会公布的规范译名为“声呐 ”）。

其全称为：Sound Navigation And Ranging（声音导航与测距），是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术，也指利用这种技术对水下目标进行探测（存在、位置、性质、运动方向等）和通讯的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置，有主动式和被动式两种类型。

『陆』 声波传感器是什么 工作原理是什么

定义超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 工作原理人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ 范围内，超过20KHZ 称为超声波，低于20HZ 的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡(横波)及纵和振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。 超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ 及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12 等(其中T 表示发送，R 表示接收，40 表示频率为40KHZ，16 及12 表示其外径尺寸，以毫米计)。另有一种密封式超声波传感器(MA40EI 型)。它的特点是具有防水作用(但不能放入水中)，可以作料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等。 由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm 左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测。而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。 性能指标1、工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 2、工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。 3、灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。 应用技术超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，其中有代表性的一种所谓的A 型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。 在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上， "悄无声息"地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。 遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯。采用小型超声波传感器(Φ12-Φ16)，工作频率在40KHZ,遥控距离约10 米。遥控器的发送，这是由 555 时基电路组成的振荡器，调整10KΩ 电位器，使振荡频率为40KHZ，传感器接在③脚，接下按钮时，发送出超声波，接收电路。电源由220V 经电容降压、整流、滤波、稳压后获得12V 工作电压。由于是非隔离电源，要整个电路用塑料外壳封装，以防触电(在调试时也应注意)。信号由超声波接收器接收，经 Q1、 Q2 放大(L、C 谐振槽路调谐在40KHZ)。放大后的信号去触发由Q3、Q4 组成的双稳态电路，Q5 及LED 作为触发隔离，并可发光显示。由于双稳态在开机时有随机性，故加一清零按钮。Q5 输出的触发信号使双向可控硅导通，负载接通。要负载断路，则要按一次发送钮。 液位指示及控制器由于超声波在空气中有一定的衰减，则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关，液面位置越高，信号越大；液面越低则信号就小。接收到的信号经BG1、BG2 放大，经D1、D2 整流成直流电压。当 4.7KΩ 上的电压超过BG3 的导通电压时，有电流流过BG3，电流表有指示，电流大小与液面有关。当液位低于设置值时，比较器输出为低电平。BG 不导通，若液位升到规定位置，比较器翻转，输出高电平。

『柒』 声呐探测器的工作原理

声呐探测器的工作原理是发出声波后，接受反射回来的声信号。雷达依赖的电磁波在水下衰减严重，根本不足以用于远距离的探测。而声波是由物体振动产生，在水中的传播距离非常远，水中一声巨大的爆炸，上千公里远的地方也能听到。

声呐装置一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。

辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声呐基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置，以及声呐导流罩等。

换能器是声呐中的重要器件，它是声能与其它形式的能如机械能、电能、磁能等相互转换的装置。

(7)声波监测装置的作用扩展阅读

计算机的应用使声呐向智能化方向发展。

用计算机进行声呐波束形成、信号处理、目标跟踪与识别、系统控制、性能监测、故障检测等。可大大提高声呐的性能。

随着第五代计算机(即人工智能计算机)的问世，声呐也正在向智能化方向发展。神经网络的研究取得了令人瞩目的进展，它与计算机技术和信号处理技术相结合，使声呐智能化成为可能。

由均匀传播介质、各向同性噪声场和单个平面波信号条件下的声呐设计发展为开发和利用非平面波、非高斯、非平稳信号和噪声实际特性的环境处理的声呐设计，以获取和占有更多的信息和知识，大幅度提高声呐检测距离、定位精度、识别正确率和目标运动分析/跟踪能力。

数字式声呐的基本功能是测向和测距，目标识别的功能通常由声呐 员通过鉴别目标辐射噪声来完成。随着声呐技术的发展，国外的一些声纳已具备目标识别功能，甚至专门配置鱼雷报警声呐。

『捌』 监测次声有什么作用

次声波

(1)次声波：频率低于20Hz的声波，叫次声波.

(2)次声波的特点：

①次声波可以传播很远的距离．

②次声波在传播过程中不易被障碍物阻挡．

③次声波容易与生物发生作用．

(3)人类周围的次声波

①自然次声．如狂风暴雨、闪电雷鸣、极光放电、流星爆炸、火山爆发以及地震、海啸、台风等都可以发出频率在0.01 Hz至10Hz的次声波．

②人体次声．人体本身也是次声源，如心脏跳动可发出5 Hz到20Hz的次声波．我们称之为人体次声．如高速行驶的卡车可产生次声，核爆炸、火箭起飞都能产生次声．

(4)次声的应用．

①为气象及地震预报服务．

如低等海洋动物水母对8—13 Hz的次声波特别敏感，利用仿生学依照水母的耳朵结构制成的水母耳台风预报仪，可提前15 h预测台风的方位和强度．

②为国防建设服务．

建设次声波服务站，探测分析世界各处的核爆炸，火箭发射等重大军事动态．目前，还研制出了一种特别灵敏的次声探测仪，用在边防检查上，看是否有人混在车辆行李中出入边境．

③为农林生产服务．利用次声波给树治病、刺激植物生长．

④为人类生产服务．利用8-12Hz适当剂量的次声波作用可使人的思维集中．制造次声驱蚊器，用于防止蚊虫叮咬．

『玖』 利用声波探测水下目标的装置叫什么

利用声波探测水下目标的装置叫声呐。声呐是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术，也指利用这种技术对水下目标进行探测(存在、位置、性质、运动方向等)和通讯的电子设备。

利用声波探测水下目标的装置叫什么

声呐是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置，有主动式和被动式两种类型。

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。

声呐技术已有超过100年的历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明。

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『拾』 海下测音装器的作用是怎样的

新一代海洋探测装置正在使用声音追踪大洋底部发生的“重大事件”，例如火山和地震等，因为科学家发现，海洋中温度和压力的不平衡可以形成一个走廊，沿着这条走廊，声音可以传播几千公里，为此人们研制出了可永远置放于海底的水下测音装置，这就是SOFAR(声学系统和测距装置)。现在，这种装置已经布置在了海底，相关海洋学家每星期要用电脑处理10亿字节这些来自太平洋底部的信息。自1991年SOFAR启用以来，人们已用它确定了几万次发生于大洋底部的地震和几次海底火山爆发，这些海底的剧烈运动都没有被安放在陆地上的地震仪监测到。另外，这种仪器还帮助动物学家们通过鲸的叫声对两种蓝鲸加以区别。1998年，人们在海底安装了夏威夷2号监测站，它是一个地震仪，由一组水下测音器连在一条报废了的海底电缆线上。使用这种仪器，地球物理学家莱特•巴特勒监听到一次里氏61级的海底地震。这次地震发生在距太平洋西北沿岸2000公里的海域之下，它发出的巨大隆隆声令科学家们非常惊讶，因为那似乎是一种从未出现过的声波。科学家分析说，种种迹象表明，这种声波来自海底流动着的沉积物界面，它为科学家通过声音探测海底物质形态提供了一种新的参照依据。今天，科学家们又研制出了更加轻便灵活的水下测音器，并把监测的范围扩展到了大西洋。在那里，他们第一次记录到由中大西洋山脊火山活动发出的声音，在这片地区，岩浆正在上升，海底正在慢慢扩展。