课程：

• 1、声纳是通过什么来探测海底世界
• 2、人类从海豚身上得到启示发明了声纳的具体介绍
• 3、声纳是根据什么原理探测水下目标呢？

声纳是通过什么来探测海底世界

自从世界上有了飞机，人们就研制出了对付它的雷达。雷达是现代国防的眼睛，利用它可以及时地发现敌人的飞机和导弹，提高炮击的命中率。

潜艇的发明，给科学家出了一道难题。它藏在海水深处神出鬼没，如何才能发现它呢？再好的望远镜也无法发现水下目标，雷达对它也无能为力。因为雷达发射的电磁波很快就会被海水吸收，无法用它来探测水下的潜艇。在这种情况下，科学家发明了“声纳”。声纳这个词是英语缩写的音译，其原意是“声导航和定位”。声纳是海洋中的“千里眼”和“顺风耳”。有了它不仅可探测远处的轮船、潜艇，而且还可用来探测海洋中的鱼群、沉船、冰山及水下资源。

早在1490年，大家比较熟悉的意大利著名艺术家和工程师达·芬奇就曾说过：“如果使船停航，将一根长管的封口端插入水中，而将开口放在耳旁，便能听到远处的航船。”这表明人们在几百年前就已发现，水对声波的吸收能力是较小的，可利用声波来探测水下的物体。可以说，达·芬奇所说的听测管即是现代被动声纳的雏型。只不过这种听测管过于原始而已，它既不能探测到水下目标的方位，灵敏度也很低。

需要是创造发明之母。大概历史上有两件重大事件促使科学家、发明家对声纳的研制和改进加快了进程。一个使世界震惊的事件是1912年4月19日，英国刚刚研制成功的一艘14000吨级的新邮轮“巨人号”，在加拿大纽芬兰岛南部海域被一座浮动冰山撞沉。结果1500余人遇难。著名故事片“冰海沉船”和“泰坦尼克号”描写的就是这次海难事件。另一个事件是在第一次世界大战期间，德国人利用新发明的U型潜艇，击沉了大量协约国的军舰和商船。

声纳分主动声纳和被动声纳。主动声纳包括声波发射和接收装置。被动声纳只有声波接受装置。一台现代化的声纳还包括复杂的电子装置和计算机系统。声纳的“心脏”就是一片片薄薄的压电晶体或压电陶瓷换能器。由于压电陶瓷易于加工成型，电声转换效率高，所以现代声纳换能器多采用压电陶瓷。常用的压电陶瓷有钛酸钡，锆钛酸铅等。

压电陶瓷换能器的原理是：当对这种陶瓷片施加压力或拉力，它的两端会产生极性相反的电荷，通过回路而形成电流。这种效应称为压电效应。如果把用这种压电陶瓷做成的换能器放在水中，那么在声波的作用下，在其两端便会感应出电荷来，这就是声波接收器。而且，压电效应是可逆的，假如在压电陶瓷片上施加一个交变电场，陶瓷片就会时而变薄时而变厚，同时产生振动，发射声波。这样超声波发射器的问题也就解决了。

声纳的用途十分广泛。在军舰、潜艇、反潜飞机上安装声纳之后，可以准确确定敌方舰艇、鱼雷和水雷的方位。同时，它还能区别前方的目标是鲸鱼还是潜艇，是敌方潜艇还是我方潜艇呢。在民用方面，可以使轮船在黑夜和雾天航行时及时发现前方的船只或暗礁；可以告诉渔民哪儿有鱼群；还可以用来研究海洋地质，搜寻海下沉船，进行水下通信联系等等。

人类从海豚身上得到启示发明了声纳的具体介绍

声呐就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.它是SONAR一词的“义音两顾”的译称（旧译为声纳）,SONAR是Sound Navigationand Ranging（声音导航测距）的缩写.

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.

目前,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.

工作的原理

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.

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.

结构与分类

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.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.

声呐的分类可按其工作方式,按装备对象,按战术用途、按基阵携带方式和技术特点等分类方法分成为各种不同的声呐.例如按工作方式可分为主动声呐和被动声呐；按装备对象可分为水面舰艇声呐、潜艇声呐、航空声呐、便携式声呐和海岸声呐等.

主动声呐：主动声呐技术是指声呐主动发射声波“照射”目标,而后接收水中目标反射的回波以测定目标的参数.大多数采用脉冲体制,也有采用连续波体制的.它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；

被动声呐：被动声呐技术是指声呐被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号,以测定目标的方位.它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.

声纳是根据什么原理探测水下目标呢？

声纳（SONAR）是一个英文名词缩写的译音，全文的意思是“声波导航与测距”。声纳和雷达工作原理很相似，不同的是，一个是利用电磁波进行传播，一个是利用声波进行传播。电磁波在空气中传播的速度是30万千米／秒，因此，常把雷达叫做千里眼，但是雷达在水下使用就不灵了，因为海水对电磁波的吸收能力很强。声波的传播速度也是很快的，它不仅仅能在空气里传播，而且还可以在水中传播，在水中传播的速度是1450米／秒，比在空气中传播的速度要快4.5倍。有的人曾经做过实验，在水下引发重300磅的炸药，它的巨大声音在水下传播到2万千米以外，在空气里是绝对不可能传播这么远的。因此，利用声波在水中传播的特性发展了声纳这种装备。

声纳的核心部件是换能器。从发射机送出一个电信号，经过换能器变成声波，声波向外辐射，从目标上反射回来的声波或是目标本身反射的声波经过换能器可以变成电信号送入接收机，再经过放大、滤波就可以得到目标的信息。但是换能器发出的声波没有方向性，能量也不集中，即使探测距离很近它也不能够辨别目标的方向。为了把声波的能量集中起来，让它变成有方向性的声波，采取两种办法，一种是把换能器放到像喇叭口的反射器的中心线上，发出声音以后经过汇集就朝一个方向传播，不断转动喇叭口就可以改变声波传播的方向；第二种办法是把许多换能器按一定的方式排列组合起来，构成一个基阵，基阵中心声音增强。根据这个原理换能器就能够收到比较远的信号，同时也可以很准确地测出目标的距离。

根据声纳的工作方式不同，它可以分成两种类型：一种叫做主动声纳，就是声纳本身要发出声波，声波遇到了障碍物以后返回，它再接受回波，这样可以测定出目标的方位和距离。但是，由于声纳本身要发出声波，容易被敌人发现，因而暴露目标；另外一种叫做被动声纳，声纳本身不发出声波，只是探听对方目标发出的声音，它的保密性比较好，也可以根据接收到的声音来判断目标的性质。但是，它不能探测不发声音的目标。现在的声纳都是以上两种方式相结合，根据探测对象不同，有时用主动声纳，有时用被动声纳，两种结合使用效果就会更好一些。

声纳在军事上用于水中目标搜索、警戒、识别、跟踪、监视和测定，进行水下通信和导航。声纳技术还用于鱼雷自导和水雷引信。声纳是一个大家族，在军队服务的主要有四兄弟，大哥在水面舰艇服务，它的主要任务是反潜，探听有没有潜水艇进攻，它的探测距离不同，近一点的达到5海里，最大的探测距离达到120海里；二弟在潜艇上服务，它主要探测水下目标和水面目标，探听周围有没有别的潜艇存在以及水面上有没有敌人的舰船，同时它还为鱼雷提供导航；三弟是机载声纳，在反潜巡逻机和反潜直升机上服务，它有一个很长的尾巴连着，搜集水里的情报；老四是固定声纳，在固定的位置上站岗放哨。它在海底或是飘浮在海面，侦查敌人的潜艇，保卫国家的海防。藏在海底的声纳隐蔽性非常好，能够长时间的工作。

由于声纳靠声波探测，受水文条件的影响和目标变化的影响都很大。比如，在同一海区进行探测潜艇的作业，在冬天探测效果很好，到了夏天由于水温升高，探测的效果就明显下降，有时根本找不到目标。因为海水有的地方温度高，有的地方温度低，在这种变化层里声纳就很不稳定。如果有风浪、海底地形变化大、目标运行速度快等等，都会影响声纳探测结果。为了进一步增强反潜艇的探测能量，除主要提高声纳性能外，还发明一些不完全靠声音探测的办法，与声纳配合使用。比如利用雷达或是用磁力探测仪、红外探测仪及废气探测仪等等，因为常规潜艇不可能长期在水下活动，而是隔一两天就要浮出水面补充氧气，只要它一浮出水面就会被雷达发现。潜艇都是用钢铁制造的，它在水中航行会使磁场发生变化，可以用磁力方法来探测有没有潜艇。另外，潜艇本身散发一定的热量，也可以用红外探测的办法发现潜艇的存在。潜艇还要排除一些废气，可以利用测量废气来探测潜艇。所以各种探测设备要和声纳配合起来使用，才能起到最佳的效果。