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工程声学/声呐

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航海仪器的使用对于那些依赖海洋的人来说一直至关重要。根据恒星找到地球位置的方法很久以前就有了,但能够追踪水下物体的仪器是比较近才出现的。其中一种仪器是测深仪,它提高了航海的安全性。它的概念很简单,就是测量从船上发射的声波到达海底并返回所花费的时间。如果已知声波在介质中的速度,就可以很容易地确定深度。另一种机制是在灯塔或灯船上使用水下钟,并在船只上使用水听器来确定它们之间的距离。这些可以被认为是声呐(SOund Navigation And Ranging)的前身。

还有很多动物利用水下声音传播来进行交流。

1841 年,让-丹尼尔·科拉东 [1] 首次成功测量了水中的声速。

由 Del Grosso 开发的水中声速 (m/s) 公式[1],适用于海王星[2] 水域,取决于摄氏温度 (T)、千分率 (ppt) 盐度 (S) 和大气压强 (P)。

其中,压力是深度[Km]和纬度的函数,由下式给出

图 1:低纬度海区声速剖面。未考虑盐度梯度。

声速对温度非常敏感,温度在温跃层[2]中变化很大。在 1000 米深以下,压力控制着方程,随着深度缓慢增加声速。除非在非常特殊的情况下,如暴雨或河流与海洋相遇,否则盐度对方程的影响非常小。

参考资料

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  1. Del Grosso (1974), J. Acoust. Soc. Am.,56,1084(1974)., p. 56,1084
  2. Leroy (1969), J. Acoust. Soc. Am.,56,1084(1974)., p. 46,216
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