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    聲吶的最基本原理

    水聲裝置是根據聲波可以在水中以一定的速度(海水1500米/秒;淡水1400米/秒)傳播較遠距離,而且傳播時遇到目標後會反射回來的原理進行工作的.最常見的水聲導航、通訊裝置有:回聲側深儀、各種型別的聲吶等.

    聲吶是現代大型水面艦艇及潛艇上不可缺少的電子裝置之一.聲吶的主要功能是:搜尋和跟蹤水下目標(潛艇、水雷),對目標進行敵我識別,測定水下目標的運動要素,以供反潛武器射擊指揮用.其次是水下通訊,探測水雷,探測水下情況保障本艦安全航行.

    潛艇最大的特點是它的隱蔽性,作戰時需要長時間在水下潛航,這就決定它不能浮出水面使用雷達觀察,而只能依靠聲吶進行探測,所以聲吶在潛艇上的重要性更為突出,被稱為潛艇的“耳目”.

    聲吶的工作原理與雷達相同,可以說是工作在音訊或超音訊頻率上的雷達.聲吶站的各個組成部分與雷達站的組成極其相似.

    由於聲吶工作在超音訊頻率範圍內,它輻射訊號的方法與雷達不同,雷達採用金屬製成的拋物面天線,而聲吶採用水聲換能器.

    水生換能器是利用晶體(石英或酒石酸鉀鈉)壓電陶瓷(鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等)的壓電效應或鐵鎳合金的磁致伸縮效應來進行工作的.所謂壓電效應,就是把晶體按一定方向切成薄片,並在晶體薄片上施加壓力,在它的兩端面上會分別產生正電荷和負電荷.反之在晶體博片上施加拉伸力時,它的兩個端面上就會產生與加壓力時相反的電荷.與壓電效應相反時電致伸縮效應,即在晶體的兩個端面上施加交變電壓,晶體就會產生相應的機械變形.我們利用電致伸縮效應和壓電效應來產生和接收超聲波.

    聲吶發射超聲波時就把超聲波振盪電壓加在晶體薄片的兩個端面上.於是晶體的厚度就會隨著超聲波振盪電壓而變化,產生超聲波震動.晶體震動推動周圍的水就產生的超聲波的輻射.

    超聲波傳播時遇到目標便產生反射.回波作用在水聲換能器的晶體上,由於壓電效應水聲換能器的兩個端面上便可能得到電訊號.與雷達天線一樣,水聲換能器不但要發射和接收超聲波訊號,而且要有尖銳的方向性,只有這樣才能測定目標的方位.聲吶裝置是利用很多壓電晶體組成換能器陣來獲得尖銳的方向性的.因此聲吶的水聲換能器體積較大,一般都安裝在艦船艏部的水下部分.

    聲吶的工作過程可敘述入下:

    在發射控制器的控制下,發射機產生大功率超聲波脈衝振盪,經收發轉換裝置由水聲換能器向某一個方向發射超聲波.在這個方向上,超聲波遇到目標便反射回來,由水聲換能器接收,變成電訊號.再經收發轉換裝置送到接收機放大,最後送到顯示器顯示目標的方向和距離.

    從工作過程看,發射超聲波時發射機工作,接收器不必工作;發射結束後,接收機應立即工作,以便接收由最近目標和最遠目標反射回來的超聲波.顯然發射機和接收機時交替工作的.因此利用收發轉換裝置可以使接收機和發射機合用一個造價昂貴的水聲換能器.

    以上述方式,即聲吶發射訊號,然後接收由目標反射回來的訊號工作的稱為主動式聲吶.另外,還有一種被動工作方式,即只接收目標本身發出的噪聲(如螺旋槳所發出的聲音等)來判別目標的方向,又稱為噪音側向聲吶.這種聲吶不因發射聲波而被地方捕獲,所以被動工作方式對提高潛艇的隱蔽性有著特殊的意義.

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