第三章声探测技术.ppt
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1、声探测技术: 利用目标发出或反射的声波,对其进行测量,从而进行识别、定位和跟踪等。 主动式:探测器发出特定形式的声波,并接收目标反射的回波,以发现目标和对其定位。 主要用于探测水面和水下目标,通常采用超声波。 被动式:直接接收目标发出的声音,发现目标并对其定位。 可在水中和空气中使用,但易受其它声源的干扰。,第三章声探测技术,声波:声源体发生振动会引起四周空气振荡,那种振荡方式就是声波。声以波的形式传播着,我们把它叫做声波。 声波借助空气向四面八方传播。在开阔空间的空气中那种传播方式像逐渐吹大的肥皂泡,是一种球形的阵面波。 要能听到声音也必须有传播声音的介质。除了空气,水、金属、木头等也都能够
2、传递声波,它们都是声波的良好媒质。 * 在真空状态中声波能否传播?,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,所有物体的振动所发出的声音我们都能听到吗? 声音是指可听声波的特殊情形,例如对于人耳的可听声波,当那种阵面波达到人耳位置的时候,人的听觉器官会有相应的声音感觉。 声波:人对声音的感觉频率范围,即: 每秒钟振动20次到20000次范围内, 次声波 20Hz-20000Hz 超声波,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,声波是机械波,不是冲击波(与“气流”不同),声波前进的过程是相邻空气粒子之间的接力赛,它们把波动形式向前传递,它们自己仍旧在原地振荡,也就是说空气粒子并不跟着声波前进! “声源
3、”在空气中振动时,一会儿压缩空气,使其变得“稠密”;一会儿空气膨胀,变得“稀疏”,形成一系列疏、密变化的波,将振动能量传送出去。这种媒介质点的振动方向与波的传播方向一致的波,称为“纵波”。,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,声波在三维空间传播的波动方程: 式中 u-振幅, c音速。 其球面坐标形式为:,声波具有反射、折射、绕射和散射的特性; 频率越低(波长越大):波动性(绕射和散射)显著,而方向性却差(传输距离近); 频率越高(波长越短):波动性(绕射和散射)差,而方向性却好(传输距离远)。,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,一、声压、声强与声强级
4、 声压:声音传播引起空气的疏密变化,从而引起气压的变化,该压力与大气压的差值。 当声波的位移为: 时, 声压为: 式中 B空气的体积弹性模量,B=142kPa; U声波位移的振幅;-声波的角频率; k灵敏度系数。,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,声强:是垂直于传播方向的单位面积上声波所传递的能量随时间的变化率,也就是单位面积上输送的平均功率。对于振动速度为的声波: 所以 式中 空气密度, 声强单位,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,声强级:由于人耳能感觉到的声强范围很大,采用对数强度表示更方便。定义如下: 式中 -任选的参考强度,通常为10-20
5、 -对应的声压,大约相当于最若的可听的声音,单位用dB表示.,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,二、声传播速度及湿度、温度的影响 声速与媒介温度有关,理想的干燥、清洁空气中声音传播速度与温度关系: 式中 热特性系数, 1.4; R气体常数,R=8314.32J/(kmol.K); T空气绝对温度;空气摄氏温度; 干燥、清洁空气摩尔质量, 28.9644 kg/kmol.,湿度对声速的影响: 20时, 相对湿度从变化到所引起的声速变化约为; 相对湿度从变化到所引起的声速变化仅为; 一般湿度变化不是特别大,可以忽略,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,三
6、、空气中声波的衰减 空气中,水和灰尘对声波的影响表现为使声波衰减,传声器接收到的声能E成指数衰减: 式中 -声源处的声能;R距声源的距离.; a吸收系数.,3.1 声传播特性及其在军事上的应用,其中吸收系数为: 式中 -参考压力,; -大气压,N/m2; T0-参考温度,T0=273.15K; T -气温,K; f 声波频率. 在湿度20%、温度20%,标准大气压下, 不同频率声波的大气吸收系数参见P28图3-1。,四、多普勒效应 当声源或听者,或两者都相对于空气运动时,听者听到的音调(频率),同声源与听者都处于静止时所到的音调一般是不同的,这种现象叫多普勒效应。 特例:速度的方向在声源和听者
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