海洋聲學(xué)技術(shù)

海洋研究和開發(fā)所用的水聲技術(shù)，如回聲探測(cè)、被動(dòng)探測(cè)、水聲通訊、水聲遙測(cè)和水聲遙控等。
　　回聲探測(cè) 　利用一組換能器發(fā)射聲信號(hào)，通過另一組換能器接收從目標(biāo)反射的回聲信號(hào)，再由處理后的信號(hào)判斷目標(biāo)的參數(shù)和性質(zhì)。
　　回聲測(cè)深儀 　它向海底發(fā)射一束較窄的聲脈沖，測(cè)量此信號(hào)由海底反射并回到水聽器的時(shí)間，在聲速已知的條件下，就可測(cè)出船只所在處的水深。現(xiàn)代大功率的測(cè)深儀，能夠描繪出最深洋底的形狀。多波束式或多振子的測(cè)深儀，可同時(shí)獲得多個(gè)水深點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并往往采用數(shù)字顯示，和計(jì)算機(jī)聯(lián)用而自動(dòng)繪制海底地形圖。
　　多普勒導(dǎo)航儀（多普勒聲吶） 　根據(jù)多普勒效應(yīng)，若船只和海底有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，回波信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生頻移。同時(shí)測(cè)量 4個(gè)波束中由于船只對(duì)海底相對(duì)運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)的頻移，經(jīng)信號(hào)處理后，就可精確地測(cè)出船只對(duì)海底的運(yùn)動(dòng)速度，并畫出航跡來。多普勒聲吶也是一種引導(dǎo)大型船只靠岸的有效工具。
　　魚探儀 　由它獲得的魚群回波，可大致判斷出魚群的位置、范圍和密集程度。通常使用的垂直魚探儀，可以探測(cè)底層的魚類；水平魚探儀則以探測(cè)上層和中層的魚類為主。采用電子掃描等先進(jìn)技術(shù)之后，探測(cè)的范圍就大得多。
　　側(cè)掃描聲納（海底地貌儀） 　用以調(diào)查海底地質(zhì)地貌的水聲設(shè)備，種類很多，這是其中的一種。在船的兩側(cè)安裝垂直方向角較寬而水平方向角很窄的一組換能器，記錄海底的散射回波，就可獲得離兩側(cè)船舷一定距離內(nèi)精細(xì)的海底地貌聲圖。為了適應(yīng)深水探測(cè)的需要，也可把換能器置于拖曳體中。此儀器還可用于海底油管的鋪設(shè)檢查和沉埋物的搜索等水下工程中。淺地層剖面儀使用低頻聲信號(hào)，可以穿透地層，從其回波的分析獲得底質(zhì)的結(jié)構(gòu)資料，故廣泛應(yīng)用于水下工程的地質(zhì)勘探。地震探測(cè)系統(tǒng)使用大功率低頻聲源、多道接收拖曳電纜和多道數(shù)據(jù)處理記錄系統(tǒng)，可以取得深層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的資料，用于海底石油及其他礦物的勘探等。爆炸聲源發(fā)出的大功率低頻聲波，可以穿透到很深的底層。若在離爆炸源較遠(yuǎn)的海上放置一系列水聽器，就可以接收到由不同地層傳來的折射波，為海底地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水下石油資源等提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。
　　在海洋水文觀測(cè)中，已越來越多地應(yīng)用水聲測(cè)量?jī)x器。如果把回聲探測(cè)儀作相應(yīng)的修改，安放于海底，使它向海面發(fā)射聲脈沖，就可以測(cè)量波高和周期等，并從波高平均值的變化，獲得潮位的變化規(guī)律。若把換能器安裝于船舷外側(cè)，也可測(cè)出波浪的要素。利用隨海流運(yùn)動(dòng)的散射體的回波會(huì)出現(xiàn)多普勒頻移的特性，可制成多普勒海流計(jì)，它可以不破壞流場(chǎng)而測(cè)量瞬時(shí)的低速海流。根據(jù)聲波通過固定距離的傳輸時(shí)間和聲速成比例的關(guān)系，可制成聲速計(jì)，它能實(shí)時(shí)地測(cè)量海水的聲速。在海洋水文調(diào)查中廣泛應(yīng)用水聲儀器設(shè)備，是一項(xiàng)重大的技術(shù)改進(jìn)。
　　被動(dòng)探測(cè) 　它探測(cè)水中傳來的聲信息，由此判斷發(fā)聲體的位置和特性。其所測(cè)聽的聲源可分為自然聲源和人為聲源兩類。
　　自然聲源 　不少海洋中的動(dòng)物，能夠發(fā)聲（見海洋生物發(fā)聲）。故可利用被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)監(jiān)視魚群的回游特性，并根據(jù)魚類聲音的特性來判斷魚群的種類，為海洋捕撈提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。深海水下的水聽器系統(tǒng)，還能準(zhǔn)確地測(cè)出水下地震、水下火山爆發(fā)的位置和估計(jì)其強(qiáng)度等。
　　人為聲源 　魚類對(duì)聲音很敏感，并有好惡之分。故可以發(fā)出它們喜歡的聲音加以誘集，發(fā)出它們不喜歡聽的聲音加以驅(qū)逐。根據(jù)這原理制成的聲誘魚器和驅(qū)魚器，已開始應(yīng)用于海洋捕撈中。根據(jù)不同目的，分別采用連續(xù)的、脈沖的或其他調(diào)制方式的信號(hào)源，將一種小型的聲信標(biāo)縛于魚體或納入其胃中，用被動(dòng)聲吶跟蹤，很適合于海洋生物習(xí)性的現(xiàn)場(chǎng)研究。跟蹤放于海底的小型發(fā)聲體，能夠了解海底石礫等的移動(dòng)狀態(tài)，一種船只和飛機(jī)遇險(xiǎn)的聲信標(biāo)，在船只和飛機(jī)沉沒于水下的一定期間內(nèi)，能發(fā)出聲信號(hào)以指示它的位置。利用帶有聲信標(biāo)的中性浮標(biāo)，可以測(cè)量深層的海流，如赤道深層流等。
　　水聲通訊 　利用聲波在水下傳遞信息。通訊的雙方在水下都設(shè)置有發(fā)射器和接收器。這種通訊有兩種方式：①載波語言調(diào)制聲波或直接輻射語言聲波。后者用于距離較近的潛水員間的通信。②數(shù)字編碼是水聲設(shè)備中常作為指令和控制的通訊方式。目前廣泛使用的水聲應(yīng)答器便是數(shù)字編碼通訊的典型設(shè)備，它按事先安排好的程序，自行完成各應(yīng)答器和主機(jī)間的通訊。水聲應(yīng)答器可用于水下載體的導(dǎo)航和跟蹤，幫助鉆探船和平臺(tái)準(zhǔn)確尋找井口位置，監(jiān)視水下的施工，傳遞水下遙測(cè)系統(tǒng)各水文參數(shù)訊號(hào)等。
　　水聲遙測(cè)系統(tǒng) 　把所要測(cè)量的水下環(huán)境參數(shù)變換成水聲信息之后，傳到處理船只或岸站來，經(jīng)過水聲接收機(jī)處理，重新轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)信息。
　　海洋水文參數(shù)的水聲遙測(cè)儀 　它以聲傳輸代替了操作麻煩的電纜�？梢园汛藘x器和遙測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)結(jié)合起來，由一系列的水下浮標(biāo)把測(cè)量的參數(shù)通過水聲信道傳輸?shù)侥父��?biāo)，再由母浮標(biāo)把它轉(zhuǎn)換成無線電信號(hào)而傳到調(diào)查船或岸站來，這種遙測(cè)方式具有實(shí)時(shí)、大面積、快速和連續(xù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。
　　網(wǎng)位儀 　水下部件縛于拖網(wǎng)的網(wǎng)口上，把獲得的信息變成水聲信號(hào)發(fā)射到船上來，從而監(jiān)測(cè)魚網(wǎng)的高度、開口的狀態(tài)、拖繩的拉力、魚群入網(wǎng)和分布的狀態(tài)及遙測(cè)網(wǎng)口周圍的水溫等，這對(duì)提高魚獲量很有幫助。
　　水聲遙控系統(tǒng) 　包括船上聲指令發(fā)射機(jī)、水下聲指令接收機(jī)和相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)。例如，利用水聲釋放器按水聲釋放指令把水下浮筒放掉，使其浮出水面，以便船只跟蹤回收。這種遙控技術(shù)，廣泛應(yīng)用于海洋調(diào)查、水下工程、石油鉆探和地震測(cè)量等方面，對(duì)水下油井的流量、防噴器架、輸油管道的閥門和水下爆炸等，都可采用水下遙控方式。各種海洋自動(dòng)機(jī)，如無人深潛器、海底自走車的行動(dòng)及機(jī)械手的動(dòng)作，也可采用水聲遙控。
　　總之，水聲技術(shù)已廣泛應(yīng)用于海洋研究和海洋開發(fā)的各個(gè)方面，但因海水介質(zhì)是一種復(fù)雜多變和多途徑的聲信道，水聲干擾又很強(qiáng)烈，如上水聲信息的檢測(cè)仍存在一系列困難，使水聲儀器的可靠性、分辨率等性能的提高受到一定的限制。為此，今后必須加強(qiáng)水聲傳輸規(guī)律等基礎(chǔ)理論的研究，注意探索新技術(shù)在水聲方面應(yīng)用的可能性。