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声纳发明的详细过程请从小弟小妹到叔叔阿姨们速回!!!囧

归档日期:11-16       文本归类:回声声纳      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部1941年12月,太平洋战争爆发。美国人的潜艇仿佛长了眼睛似的,穿过了日本人设置的层层水雷封锁线,神不知鬼不觉地钻进日本海,向日本舰船发起突然袭击,使日本海军损失惨重;与此同时,日本的潜艇一钻进美国的军港或海岸边,不知怎的,就遭到美国军舰或飞机的攻击。

  “这是怎么回事呢?”日本海军官员百思不得其解,“难道美国人使用了什么秘密武器?”的确,美国人使用了一种“秘密武器”——声纳。

  声纳是一种利用声波在水下测定目标距离和运动速度的仪器。美国人在潜艇上装了类似声纳的“探雷器”,因此对于日本人设置的水雷封锁线及舰船的所在位置一目了然;美国人还在军港和海岸的航道口装上了声纳,这样,海里的任何动静都逃不过美国人的“耳目”。

  声纳诞生于第二次世界大战。它的发明,凝聚着几代科学家的心血。早在1490年,意大利著名美术家、科学家达·芬奇就注意到了声音在水中的传播。有一次,他来到海边写生。完成一幅画后,好奇的达·芬奇忽然产生了一个念头:水里面到底有没有什么声音?于是,他取来一根管子,将管子的一端插到水里,管子的另一端放在耳朵旁。结果听到了“咕噜咕噜”的声音。经过仔细的辨认,他发现这是远方的船航行时螺旋桨击水放出的声响。达·芬奇的这根管子可以算是声纳最古老的祖先了。

  3个多世纪后,瑞士物理学家柯拉顿和德国数学家斯特模,对声音在水中的传播进行了深入的探讨。在这以后,许多科学家也进行这方面的研究。经过反复实验,他们比较精确地测出声音在水中的传播速度为5500公里每小时,比在空气中的传播快4倍。此外,科学家们还发现,声音在水中传播,遇到海洋中的物体或海底时,声音会被反射回来,此时也被“吞掉”一些声波。不同频率的声波,在水中被吸收和反射的程度也不相同。超声波能量集中,可朝一个方向传播,反射回来的声波比较强烈。

  这个时期,正值潜水艇在海里称王称霸的时期。人们对于潜水艇的神出鬼没正感到束手无策。自然而然地,科学家们想到:利用超声波在水中的传播特性,不就可以测出潜艇所在的方位、距离了吗?

  可是,要实现超声波在水中的发射和接收谈何容易!一时研制潜水艇“克星”的工作搁浅了!1880年,英国科学家彼埃尔、居里等成功地制造出换能器,实现了电、声信号的转换。这样,通过换能器,可将电波变成声波,并向海里发射;声波遇到物体后,又反射回来,换能器接收到声波,并把它变成电波,显示出来。根据超声波发出到接收所需的时间,就可以测出发射地点与物体之间的距离。

  就这样,世界上第一代声纳诞生了。后来,科学家在第一代声纳的基础上,做了许多改进,发明了“主动式声纳”和“被动式声纳”两大类。

  主动式声纳,主动发出声信号,去寻找水下目标,根据声波的反射情况做出判断;被动式声纳,收听水中目标发出的噪音,从而测出目标所在的方位、距离。然而,这两类声纳在使用过程中,也暴露出一些缺陷:主动式声纳发出的声波容易被水中的潜水艇发现;被动式声纳对于不发声的目标无能为力。

  科学家们决心对声纳做进一步的改进。他们从海脉的身上得到了启迪。 本世纪60年代,生物学家诺里斯发现,用橡皮蒙住海脉双眼,丝毫不影响它的活动;可把海脉前额蒙住,它在水下就像瞎子一样,到处乱撞。显然,海脉是用前额发出声波来行动的。

  经过进一步研究,科学家发现海脉有两架“声波发射机”:当它“观察”远距离目标时,它就发射低声,以实现远距离传播;当它“观察”近距离目标时,它就改发超声,以提高分辨率。它也有两架“声波接收机”。海脉的声纳竟是如此先进,如此完美!科学家“虚心”向海脉学习,以海脉的声纳为发明的奋斗目标。

  不久,美国科学家发明了军用高级声纳。它是一种多波束回声探测仪,采用两套相同的水听器发射阵。它的性能要比先前的声纳出色得多。

  科学家还从海琢声纳外的特制导流罩抗水流噪音的性能,得到启发,研制出“声纳导流罩”。有了它,军舰可不必像以前那样需要静止下来时才使用声纳,即使在高速前进,也可以便用声纳,而不受自身噪音的干扰。

  展开全部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.

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