声学测量之水声工程

声学技术I海洋声学目标探测技术研究现状海洋声学LI标探测技术对于维护国家主权，保障国家海洋环境安全，促进海洋探索与开发至关重要。

近年来，水下口标隐身技术不断进步，给水声探测技术带来了巨大挑战。

针对这一挑战，低频、移动、多节点水声探测技术日益受到重视，同时，探测隐身LI标的多源声学网络也应运而生。

山此可见，通过水声通信组网技术将主被动探测节点连接成水声探测网络，并对获取的多源信息进行融合，是海洋声学LI标探测技术发展的一个重要途径。

被动探测技术海洋声学H标被动探测是应用最为广泛的技术之一，其主要利用水听器及其阵列接收U标自身辐射噪声或信号，如潜艇辐射的螺旋桨转动噪声、艇体与水流摩擦产生的流噪声、以及各种发动机机械振动引起的辐射噪声等，同时结合信号处理技术以提取有用信息，如口标信号特征、方位、距离和深度等。

山于被动探测系统本身并不发射信号，所以口标不易察觉其存在，具有较强的隐蔽性。

水听器及其阵列构成了被动探测的硬件基础，而被动声呐系统则是水听器及其阵列的主要安装平台，其形式、尺寸及安装形式等都对信号接收产生直接影响；信号处理部分则构成了软件基础，决定了信息提取的有效性，是被动声呐系统的大脑。

硬件和软件基础共同决定了被动探测技术的性能。

1•典型被动声呐平台典型被动声呐平台主要包括岸基平台、舰船与潜艇平台以及航空飞行器平台，其包含的水听器主要有标量的声压水听器和矢量水听器2种，阵列形式可分为线型、面型和体积型，实际中可依据不同的应用环境选择不同的阵型。

岸基声呐是固定式水声监听系统的一种，一般以海岸为基地，在大陆架或者海岛周边大型布放水下基阵，用于警戒和监视海峡、港口、航道以及敬感水域的敌方水下潜艇活动，是反潜预警系统的重要组成部分。

一般山线性水听器基阵、海底电(光)缆、岸上终端电子设备以及电源系统等组成。

岸基声呐中较为典型的是美国在冷战时期部署的声音监控系统(SOSUS),该系统釆用子阵技术，将一条长线阵分成2〜3个子阵单独处理，再结合起来进行波束形成，从而得到较窄的波束和更好的指向性。

声学法海底热液口测温方法及其关键技术0 引言海底热液口热液的热通量及运动方式对热液成矿、硫化物烟囱体形成以及热液生物圈活动都有直接影响。

通过对热液口温度场和流速的原位测量，能较精确地测量出热液口输出的热通量对现代热液活动温度场分布进行原位监测是热液活动研究中的重要内容之一。

常规采用接触式温度传感器阵列进行测量存在一定的局限性，接触式测量会干扰热液口的温度分布，只能测量某些点的温度，无法得到温度场分布数据。

而另一种非接触式声学热液温度场原位测量克服了以上难点，实现了在高温、腐蚀、多悬浮颗粒的恶劣环境下的连续实时精确测量。

本文提出海底热液口高精度飞渡时间测量和截面二维温度场重建的两个关键技术，对声学法海底热液口温度场测量的实际工程应用具有一定的参考价值。

1 声学测温原理MacKenzie(1981)给出了声波在海水介质中的传播速度与海水温度、深度和盐度的关系式:式中:c为声波在某种海水介质中的速度，m/s;z为被测平面的深度，m;T为温度，℃;S为含盐量的千分数。

对于一个固定的热液口平面上的深度和盐度，可将它们视为常数。

这时，海底声速的变化主要与温度相关。

海底热液口原位长期声波测温的具体步骤是:在一个平面内布置n个发送和接收水声换能器，接收水声换能器接收发送水声换能器发射出的声波信号，并与之作互相关计算，得到若干条独立有效的传播路径的声波飞渡时间，进而得到这些路径上声波传播的平均速度。

利用式中温度与声速的关系，可得出这些有效传播路径的平均温度值，且通过特定的重建算法可拟合出整个热液口待测平面的二维温度场，从而实现海底热液口一个平面内的温度场重建。

水声换能器和网格分布图如图1所示。

图1 水声换能器和网格分布图2 原位测温的关键技术2.1 高精度飞渡时间测量海底热液口温度场声学原位测量的关键技术之一是高精度飞渡时间ToF(time-of-flight)的测量。

声波信号在海底热液介质传播时会有一定的衰减，同时，它还受背景噪声的干扰。

水声测量原理五种典型噪声
水声测量是利用声波在水中传播的特性来获取相关信息的一种技术方法。

以下是水声测量中常见的五种典型噪声：
1. 海底地震噪声：由于地球内部的地震活动产生的地震波向水体传播引起的噪声，频率范围广泛，能够遍及整个水柱。

2. 海洋动力噪声：由于海洋水体的风浪、潮汐等运动引起的噪声，频率范围通常在几十赫兹到几千赫兹之间。

3. 海洋生物噪声：由于海洋中生物活动产生的声音引起的噪声，如鱼类的鳞片摩擦、鲸鱼的歌声等。

频率范围较低，通常在几十赫兹到几千赫兹之间。

4. 人为噪声：由于船只、渔船、潜水器等人为活动引起的噪声，频率范围较宽，通常在几十赫兹到几千赫兹之间。

5. 水声仪器本身的噪声：由于水声仪器及其传感器本身的电子噪声引起的噪声，可以通过合理的设计和隔离来降低。

以上是水声测量中的五种典型噪声，根据噪声的特点和频率范围的不同，科研人员在测量过程中会采取相应的去噪处理措施，以减小噪声对测量结果的干扰。

水声计量测试技术水声计量测试技术1. 引言水声计量测试是一种常用的技术，用于测量水声传播和声波参数。

它在海洋学、海洋地质学、水声通信等领域具有广泛的应用。

本文将深入探讨水声计量测试技术的原理、方法和应用，并分享对这一技术的观点和理解。

2. 水声计量测试技术的原理水声计量测试技术基于声波在水中传播的特性，通过测量水中的声波信号来推断水质、水温、水深等参数。

其原理可以简单概括为声波的发射、传播和接收三个步骤。

2.1 声波的发射水声计量测试通常使用声源（例如声纳）发射特定频率或宽频带的声波信号。

声源的选择取决于测试需求，常见的包括压电式声纳和鱼雷型声纳。

这些声源能够将电能转化为声能，并向水中传播。

2.2 声波的传播一旦声波信号被发射到水中，它们会沿着特定路径传播。

声波在水中传播的速度取决于水的温度、盐度和压力等因素。

根据声纳原理，测试者可以根据声波的传播时间和距离计算出水的声速，进而推断温度和盐度等参数。

2.3 声波的接收接收声波信号的装置通常与声源相对应，可以是水中的接收器、浮标式接收器或固定式接收器。

这些装置能够将声波信号转化为电能，并进一步处理和测量声波参数。

3. 水声计量测试技术的方法水声计量测试技术可以通过不同的方法来实现。

以下介绍两种常用的方法。

3.1 移动测量方法移动测量方法是指使用移动平台上的设备，在水中进行点对点的测量。

这种方法适用于需要获取特定位置声波参数的情况，如测量海底地形和水下物体的距离。

测试者可以通过控制设备的位置和时间来获取准确的测量结果。

3.2 固定测量方法固定测量方法是指在水中选取合适的位置，固定设备进行长时间的连续测量。

这种方法适用于长期跟踪水域的声学变化，如监测水下生物活动和水质变化。

测试者可以将多个固定位置的测量结果进行比较，以获取更全面的数据。

4. 水声计量测试技术的应用水声计量测试技术在许多领域具有广泛的应用。

4.1 海洋学领域水声计量测试技术在海洋学研究中被广泛应用。

声学相关课程
以下是列举的一些声学相关的课程：
1. 声学基础课程：介绍声音的产生、传播和感知等基本原理，包括声波的特性、声场的建立和音频设备的原理等。

2. 声学测量与分析课程：介绍声音测量和分析的方法和工具，包括使用声级计、频谱分析仪等仪器进行声音参数的测量和分析。

3. 声学信号处理课程：介绍数字信号处理在声音领域的应用，包括声音压缩、降噪、混响等信号处理算法和技术。

4. 音频工程课程：介绍音频技术在音乐制作、录音、混音和后期制作等方面的应用，包括麦克风技术、音响系统设计和调试等内容。

5. 声学建模与仿真课程：介绍声学建模和仿真软件的使用，包括使用有限元方法、声场建模软件进行声学场景的建模和仿真。

6. 噪声控制与环境声学课程：介绍噪声控制原理和方法，包括噪声源的特性、噪声隔声和吸声材料的设计和应用等内容。

7. 航空声学课程：介绍航空领域中的声学问题和应用，包括飞机噪声和发动机噪声的特点、航空声学测量和噪声减低技术等。

8. 水声学课程：介绍水声领域中的声学问题和应用，包括声速、
声速剖面、声纳技术等内容。

以上是一些声学相关的课程，具体的课程设置可能因不同学校或专业而有所不同。

工程水声基础概论参考书：1．顾金海、叶学千编，水声学基础，国防工业出版社2．刘伯胜、雷家煜编，水声学原理，哈尔滨工程大学出版社，19893．R.J.尤立克著，洪申译，水声原理，哈尔滨工程大学出版社，1989第一章绪论众所周知，在人们迄今所熟知的各种能量形式中，在水中以声波的传播性能为最好。

在混浊、含盐的海水中，无论是光波还是无线电波，它们的传播衰减都非常大，因而在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类的海洋活动，如水下目标探测、通讯、导航等方面的需要。

相比之下，声波在海水中的传播性能就好得多，例如，利用深海声信道效应，人们甚至远在五千公里以外，也能清晰地收到几磅TNT炸药爆炸时所辐射地声信号。

正是由于上述原因，使得水声技术在人类地海洋活动中得到了广泛的应用，而且随着人类对海洋需求的日益增加，水声技术的应用也必将更加广泛。

由于我们所研究的信号为水声信号，我们一定要了解水声信号的特点，才能用合适的信号处理方法，所以是一门重要的专业基础课。

1.1 水声学发展简史对水下声的最早记载是1490年意大利列昂纳多.芬奇作出的。

他写道：“如船停航，将长管一端插入水中，可将管的开口放在耳旁，能听到远处航船。

”距今五百多年。

1827年由瑞士物理学家科拉顿（D.Colladon）和德国数学家斯特姆(C.Sturm)合作，在日内瓦湖中用敲击大钟进行了人类第一次测量声在水中传播速度的实验。

1840年焦耳发现了磁致伸缩效应，1880年皮埃尔.居里发现了压电效应，在此基础上发展了水声压电换能器和磁致伸缩换能器，能在水中把电能转换成声能发射到水中去，而当换能器表面接收到声能后又会转换为电能，经放大后处理。

1912年，英国四万吨级邮轮和冰山相撞，1500余人遇难。

这一事实告诉人们：海上航船必须安装导航、定位设备。

英国人L.F.Richardson第一次提出水下回声定位方案。

第一次世界大战后期，德国潜艇给协约国海上交通造成的威胁，进一步促进了军用声纳的发展。

水声环境参数一、水声传播特性：水声传播是指声波在水中的传播过程。

水声传播的特点主要包括传播速度、传播路径和传播损耗。

1. 传播速度：水声传播速度受多种因素影响，包括水温、盐度、压力和深度等。

一般情况下，水温越高、盐度越高、压力越大、深度越深，水声传播速度越快。

2. 传播路径：水声传播路径主要分为直接路径和反射路径。

直接路径是指声波直接由发射源传播到接收源，反射路径是指声波由发射源发出后在水中发生反射并达到接收源。

反射路径通常会导致信号的延迟和衰减。

3. 传播损耗：水声传播损耗主要包括吸收损耗、散射损耗和衰减损耗。

吸收损耗是指声波在传播过程中被水分子吸收而减弱。

散射损耗是指声波在传播过程中被水中的颗粒或气泡散射而减弱。

衰减损耗是指声波在传播过程中因为距离增加而逐渐减弱。

二、水声环境参数的测量与分析：为了深入了解水声环境，我们需要对水声环境参数进行测量与分析。

常用的水声环境参数包括声压级、声速、噪声水平和声纳回波等。

1. 声压级：声压级是指声波的压力相对于参考压力的对数值。

测量声压级可以了解水声环境中声音的强弱程度，常用的单位是分贝（dB）。

2. 声速：声速是指声波在介质中传播的速度。

测量声速可以帮助我们了解声波在水中的传播情况，常用的单位是米/秒（m/s）。

3. 噪声水平：噪声水平是指水中存在的各种噪声的强度水平。

测量噪声水平可以评估水声环境的噪声污染情况，常用的单位是分贝（dB）。

4. 声纳回波：声纳回波是指声纳系统发送声波后，声波与目标物体相互作用后返回的声波信号。

通过分析声纳回波可以获取目标物体的位置、形状和运动状态等信息。

三、水声环境参数的影响因素：水声环境参数受多种因素的影响，包括水质、水温、水深、声源特性和水下地形等。

1. 水质：水质的影响因素包括水中的溶解氧含量、盐度、浊度和有机物质含量等。

不同水质对声波传播的影响程度不同。

2. 水温：水温的变化会直接影响声速和声压级。

温度越高，声速越快，声压级越大。

2023年本科水声工程专业实习报告本次实习是在xxx公司进行的，我的岗位是水声工程师助理。

在实习期间，我主要参与了海底声学传感器、声呐和定位系统的设计、测试和安装等工作。

在这个过程中，我学习到了很多关于水声工程的知识，提高了我的技能和实践经验。

在实习的最开始，我的任务是学习公司的产品和技术。

公司主要生产和销售水声传感器、声呐和其他水声产品。

这些产品被用于海洋科学研究、航行安全和港口管理等方面。

我首先学习了水声传感器的原理和结构。

水声传感器是一种能够将声音转换成电信号的设备，用于探测海底和水下物体的位置和形状。

我了解了传感器的两种类型：压电式和电容式。

我学习了传感器的制造和测试技术。

在实习期间，我有机会参与了传感器的生产和测试。

这让我更好地理解了传感器的原理和技术。

我还学习了声呐系统的基本原理和工作方式。

声呐是一种将声音发送到水下物体并接收其回波以测量其位置和距离的设备。

我学习了声呐的工作原理和制造工艺。

我还学习了如何使用声呐测量水下物体的距离和位置。

在实习期间，我有机会参与了声呐系统的测试和安装。

最后，我学习了水下定位系统的原理和工作方式。

水下定位系统是一种通过声波或其他方式来确定水下物体位置的设备。

我了解了定位系统的两种类型：活动式和被动式。

在实习期间，我有机会参与了一项定位系统的测试和安装工作。

在本次实习中，我不仅学习了水声工程的基本原理和技术，还了解了水声工程应用的实际情况。

实习让我更深入地了解了水声工程的重要性和发展趋势。

我还学习了如何与团队成员合作并解决工程问题。

总之，这次实习对我的职业生涯非常有帮助。

我能够在实践中加深理解和掌握学术知识，还能够了解到一些实际操作和解决问题的技巧。

我相信这次实习经历不仅对我的个人成长有益，更对我的职业生涯有着长久的影响。

技术交流▏探析水声定位技术在海洋测量的应用水声定位技术最先应用于军事，后由于海洋开发、勘探、资源开采的需求逐步应用于各类商用、民用工。

它能够提供海底勘查设备如ROV和AUV等重要的定位、导航和通信支撑。

一、水声定位技术的概述水声技术始于第二次世界大战初期，海洋探测和海军的需求是水声技术发挥的两大基本推动力。

第二次世界大战后，水声技术在民用方面的应用日益广泛，海洋开发、捕鱼、海底地质测绘、导航、水下机器人研制等方面都有水声设备的应用。

目前，声波是海洋中唯一能远距离传输信息的有效载体。

因此，水声技术作为海洋开发的主导技术之一。

水声技术是获取和传递水下信息最有效的手段，这是无线电和光电设备等用于水下都显得无能为力的根本原因。

水声技术的工作环境是海洋，信息载体是声波，工作目标是水中目标，这使水声技术具有自己的独特之处。

二、水声定位技术在海洋测量的应用⒈ 水声定位技术在海洋油气开采作业的应用深海海洋石油开采分为移动平台钻井、海底管线与海底开采平台安放施工、系统开采油气作业、停止开采封井四个阶段。

海底管线与开采平台系统安放施工主要包含三类作业：管线铺放、水下结构物的沉放、跨接管长度的测量与安装。

深水区域的管线测量一般使用水面支持船搭载USBL 对沿管线行进的ROV实时定位。

通过定位系统对ROV载应答器定位测绘管线的实际水平位置与走向，据此调节铺管船的航向，减小实际管线与设计偏差。

管线铺设完成后需要获取管端基盘（PLET）的大地绝对位置，在作业中将使用LBL 定位系统。

水下结构物的安放包括管汇基盘（PLEM）、管汇（Manifold）与水下分配基盘（SDU）等的安放作业。

作业中首先沉放3种水下结构物的底座，随后在声学定位系统的引导下完成顶层结构与底座的对接，作业中使用了LBL定位系统。

作业中通过水下基阵对安装在水下结构物的应答器进行声学定位，据此测量安装过程中结构物的大地绝对位置以及方位角。

为避免管线铺设以及水下结构安装产生的误差，水下结构物之间通过测量两者接口之间实际距离后选用匹配的跨接管完成衔接。