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水聲學(xué)
水聲學(xué)是聲學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科,它主要研究聲波在水下的產(chǎn)生、傳播和接收過(guò)程,用以解決與水下目標(biāo)探測(cè)和信息傳輸過(guò)程有關(guān)的聲學(xué)問(wèn)題。
聲波是已知的唯一能夠在水中遠(yuǎn)距離傳播的波動(dòng),在這方面遠(yuǎn)比電磁波(如無(wú)線(xiàn)電波、光波等)好,水聲學(xué)隨著海洋的開(kāi)發(fā)和利用發(fā)展起來(lái),并得到了廣泛的應(yīng)用。 1827年左右,瑞士和法國(guó)的科學(xué)家首次相當(dāng)精確地測(cè)量了水中聲速。1912年"泰坦尼克"號(hào)客輪同冰山相撞而沉沒(méi),促使一些科學(xué)家研究對(duì)冰山回聲定位,這標(biāo)志了水聲學(xué)的誕生。
美國(guó)的費(fèi)森登設(shè)計(jì)制造了電動(dòng)式水聲換能器,1914年就能探測(cè)到兩海里遠(yuǎn)的冰山。1918年,朗之萬(wàn)制成壓電式換能器,產(chǎn)生了超聲波,并應(yīng)用了當(dāng)時(shí)剛出現(xiàn)的真空管放大技術(shù),進(jìn)行水中遠(yuǎn)程目標(biāo)的探測(cè),第一次收到了潛艇的回波,開(kāi)創(chuàng)了近代水聲學(xué),也由此發(fā)明了聲吶。隨后,水聲換能器的革新,關(guān)于溫度梯度影響聲傳播路徑的機(jī)理、聲吸收系數(shù)隨頻率變化等水聲學(xué)研究的成就,使聲吶得以不斷改進(jìn),并在第二次世界大戰(zhàn)期間反德國(guó)潛艇的大西洋戰(zhàn)役中起了重要作用。
第二次世界大戰(zhàn)以后,為提高探測(cè)遠(yuǎn)距離目標(biāo)(如潛艇)的能力,水聲學(xué)研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向低頻、大功率、深海和信號(hào)處理等方面。同時(shí),水聲學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域也越加廣泛,出現(xiàn)了許多新裝置,例如:水聲制導(dǎo)魚(yú)雷,音響水雷主、被動(dòng)掃描聲吶,水聲通信儀,聲浮標(biāo),聲航速儀,回聲探測(cè)儀,魚(yú)群探測(cè)儀,聲導(dǎo)航信標(biāo),地貌儀,深、淺誨底地層剖面儀,水聲釋放器以及水聲遙測(cè)、控制器等。
水聲作為遙測(cè)海洋的積分探頭,在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)大面積連續(xù)監(jiān)測(cè)海洋的運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及海洋資源概念也已初步形成。隨著海洋的開(kāi)發(fā),水聲學(xué)在海洋資源的調(diào)查開(kāi)發(fā)、對(duì)海洋動(dòng)力學(xué)過(guò)程和環(huán)境監(jiān)測(cè)、增進(jìn)人類(lèi)對(duì)海洋環(huán)境的認(rèn)識(shí)等方面的應(yīng)用還將不斷地?cái)U(kuò)展。
現(xiàn)代水聲學(xué)的研究課題涉及面很廣,主要有:新型水聲換能器;水中非線(xiàn)性聲學(xué);水聲場(chǎng)的時(shí)空結(jié)構(gòu);水聲信號(hào)處理技術(shù);海洋中的噪聲和混響、散射和起伏,目標(biāo)反射和艦船輻射噪聲;海洋媒質(zhì)的聲學(xué)特性等。特別是水聲學(xué)正在與海洋、地質(zhì)、水生物等學(xué)科互相滲透,而形成海洋聲學(xué)等研究領(lǐng)域。
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