探測海底地層中的地質儀器是什麼

1. 海底石油資源是怎樣探查清楚的

海洋是一個巨大的寶庫，它不僅向人們提供大量的食物，還提供了寶貴的專石油資源。據屬初步的估計，海底石油的蘊藏量要佔到地球石油總蘊藏量的一半。而這個比例隨著勘探手段的不斷完善，還將不斷地予以刷新。

那麼這些數字是從哪裡來的呢？人們是怎樣知道哪裡有石油礦藏的呢？何況海底石油一般並不是存在於海底的表層，有許多還埋在海底較深的地方。

海底石油勘探工作已經有了90多年的歷史，然而真正有成效的則僅僅是近30年來的事。原來這是由於人們掌握和發展了一種稱之為反射地震法的勘探手段。

從字面上來看，我們就可以知道，這種方法的實質是利用聲波造成海底震動，然後接收回波，根據回波轉換成的電信號的特點，就可以測定海底哪兒有石油或者是別的什麼東西。在這種方法中使用的是反射地震儀和現代的地層剖面儀，並以它們為基礎建立了高頻海洋地震探測系統。地層剖面儀的分辨能力極高，達到零點幾米，而且可以清晰地探知海底幾百米深的地質狀況。有的地層剖面儀則可以探測更深的海底地層，深達幾千米。人們就是利用這些技術，才能夠清楚地掌握海底的石油資源。

2. 海洋的探測方法有哪些

當我們對著山丘或高大建築物高聲喊叫時，聲音會在碰到它們之後反射回來，這就叫作回聲。而聲音在水中傳播的性能和速度，比在空氣中傳播的還要好，還要快。

聲音在空氣中的傳播速度是每秒340米，而在0℃水中是1500米。此外聲波在水中的衰減比在空氣中小，因此，聲音在水中比在空氣中傳播得更遠。

聲音在水中遇到障礙物之後，也會反射回來。這樣，根據聲波在水中的傳播速度，只要測出聲音從船上發射再反射到船上的時間，就能知道海洋的深度。

這即是利用回聲來測量海深的道理。

但實際上，問題要比我們想像的復雜得多。這主要是由於聲波在海水中傳播的速度不是相同的，而是隨海水溫度、鹽度和水深的變化而變化的，也就是說，海水下面存在著聲速不同的水層。

如在溫度為0℃的海水裡，聲音每小時可跑5000多千米，比在空氣中的傳播速度快4倍多；在30℃的海水裡，它每小時可以跑5600多千米；在含鹽多的水裡，聲音傳播的速度要更快些。

此外，聲音在穿過聲速不同的水層時，會產生不同的折射。因而聲音碰到海底或障礙物也會拐彎，也就是說，聲音在水中是沿著一條看不見的聲道，彎彎曲曲前進的。

在水中進行觀察和測量，具有得天獨厚條件的只有聲波。這是由於其他探測手段的作用距離都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到10多米至幾十米內的物體；電磁波在水中也衰減太快，而且波長越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。

然而，聲波在水中傳播的衰減就小得多。在深海聲道中爆炸一個幾千克的炸彈，在20000千米外還可以收到信號。

低頻的聲波還可以穿透海底幾千米的地層，並且得到地層中的信息。在水中進行測量和觀察，至今還沒有發現比聲波更有效的手段。實際上，聲吶技術也是進行水下觀測和通信的一種手段。聲吶也是利用了聲波的回聲原理來探測海水的不同界面、海洋深度以及海底地形等。

3. 淺地層剖面儀算是一種物探測試用的地震儀嗎

淺地層剖面儀是利用聲波探測淺底地層的剖面結構的儀器，因此不是地震儀回，地震儀是接受反答射波和折射波的等。淺地層剖面儀是在超寬頻海底剖面儀基礎上改進，對海洋、江河、湖泊底部地層進行剖面顯示的設備，結合地質解釋，可以探測到水底以下地質構造情況。該儀器在地層解析度和地層穿透深度方面有較高的性能，並可以任意選擇掃頻信號組合，現場實時地設計調整工作參量，可以在航道勘測中測量河（海）底的浮泥厚度，也可以測量在海上油田鑽井中的基岩深度和厚度。因而是一種在海洋地質調查，地球物理勘探和海洋工程，海洋觀測、海底資源勘探開發，航道港灣工程，海底管線鋪設廣泛應用的儀器。

4. 海下感測器給人類帶來了哪些有用的海底地層信息

這個海底地下監測系統被命名為CORKS，自1991年正式啟用以來，它為人們提供了大量海底地層的信息。地球專物理學家伊爾·戴維斯說：「現在我們知道，在大洋底部以下的確流動著大量的海水。」監測表明，這些海水可以在地下穿行好幾公里。令人驚訝的是，這些安放在海底的感測器還記錄下了發生在海面上的運動，如潮汐等。戴維斯認為，屬海平面乃至大氣壓力的升降會影響海底以下的狀態，甚至可以導致它的形狀發生改變。

5. 深水淺地層剖面探測需要採用哪些技術

淺地層剖面儀（sub-bottom profiler ）是利用聲波探測淺底地層的剖面結構的儀器。
淺地層剖面儀是在超寬頻海底剖面儀基礎上改進，對海洋、江河、湖泊底部地層進行剖面顯示的設備，結合地質解釋，可以探測到水底以下地質構造情況。該儀器在地層解析度和地層穿透深度方面有較高的性能，並可以任意選擇掃頻信號組合，現場實時地設計調整工作參量，也可以測量在海上油田鑽井中的基岩深度和厚度。因而是一種在海洋地質調查，地球物理勘探和海洋工程，海洋觀測、海底資源勘探開發，航道港灣工程，海底管線鋪設廣泛應用的儀器。
水下單元（濕端）、甲板單元（干端）和系統軟體。
目前我們國家只有一家自主研發的公司：杭州瑞聲海洋儀器有限公司，杭州瑞聲海洋儀器有限公司成立於2004年11月，是中國船舶重工集團公司第七一五研究所的控股公司，專業從事研究、設計和生產與海洋、湖泊和河流的科研、調查、測量和應用開發有關的儀器設備，並為用戶提供方便快捷的服務。
探測船在走航過程中，設置在船上或其拖曳體上的換能器向水下鉛直發射大功率低頻脈沖的聲波，抵達水底時，部分反射，部分向地層深處傳播，由於地層結構復雜，在不同界面上又都有部分聲波被反射，這樣，依這些反射界面的特性和深度不同，在船上接收到回波信號的時間和強度也不同，通過對回波信號的放大和濾波等處理後，送入記錄器，就可以在移動的乾式記錄紙上顯現不同灰度的點組成的線條，清晰地描繪出地層的剖面結構。

6. 人們探測海底岩石的方法是什麼

19世紀70年代以來，已經開始將電磁波中的極長波用於探測研究海底岩回石圈的地質構造和探礦。海洋答中海天然電磁場和海水在地磁場中運動時產生的感應電磁場，都會對水下通訊和地質探製造成干擾，這又促使人們對海洋中的天然磁場和感應電磁場進行更細致深入的研究。
裂隙中充滿海水的岩石和硫化礦物，都能使岩石的電導率增加兩個量級以上，可以用電磁波探測到，這是一種有效的探測手段。海底岩石圈的電導率與它的物理化學性質、溫度和含水量等，均有關系。根據海底附近的電磁測量，推斷海底以下的上地幔岩石圈的電磁性質，可用來研究海底岩石圈的結構、熱力學過程和海底岩基的運動及海底礦床的形成。

7. 有哪些種類的海洋觀測儀器

逯玉佩觀察和測量海洋現象的基本工具。通常指采樣、測量、 觀察、 分析和數據處理等設備。海洋觀測儀器主要是為了滿足海洋學研究的需要而設計的，有些國家以海洋學儀器命名，中國習慣上稱為海洋儀器。
發展概況 早在15世紀中葉，便有人研製測量海水深度的儀器但是比較簡便而又可靠的測溫工具,是1874年研製出的。隨後又設計出埃克曼海流計。20世紀初研製出了。1938年研製出機械式，從而可以快速觀測水溫隨深度的變化。直到20世紀50年代以前，海洋觀測主要使用機械式儀器，回聲測深儀是唯一的電子式測量裝置。60年代以後，海洋觀測儀器在設計上大量採用新技術，逐步實現了電子化。海洋觀測儀器的電子化，是從單項測量儀器開始的，以後又發展多要素的綜合儀器,例如。今後,海洋觀測儀器將不斷改進結構,降低功耗，增加可靠性,除感測器多樣化外,信號形式和儀器終端將日趨通用化,並進一步向智能化發展。
海洋觀測儀器的種類 海洋觀測儀器可以按照結構原理分為聲學式儀器、光學式儀器、電子式儀器、機械式儀器，以及遙測遙感儀器等。還可以根據運載工具不同，劃分成船用儀器、潛水器儀器、浮標儀器、岸站儀器和飛機、衛星儀器。其中船用海洋觀測儀器品種最多，按其操作方式又可分為投棄式、自返式、懸掛式、拖曳式等。投棄式儀器使用時將其感測器部分投入海中，觀測的數據通過導線或無線電波傳遞到船上，感測器用後不再回收。自返式儀器觀測時沉入海中，完成測量或采樣任務後卸掉壓載物，借自身浮力返回海面。懸掛式儀器利用船上的絞車吊桿從船舷旁送入海中，在船隻錨碇或漂流的情況下進行觀測。拖曳式儀器工作時從船尾放入海中，拖曳在船後進行走航觀測。
海洋觀測儀器對使用者來說，通常按所測要素分類。例如測溫儀器、測鹽儀器、測波儀器、測流儀器、營養鹽儀器、重力和磁力儀器、底質探測儀器、浮游生物與底棲生物儀器等等。將它們歸納起來可以劃分成 4大類，即海洋物理性質觀測儀器、海洋化學性質觀測儀器、海洋生物觀測儀器、海洋地質及地球物理觀測儀器。
海洋物理性質觀測儀器 用於觀測海洋中的聲、光、溫度、密度、動力等現象。因為海水密度不便直接測定，通常用溫度、鹽度和壓力值計算得到，所以鹽度取代密度成為一個必測參數。觀測海水溫度、鹽度和壓力的儀器，20世紀60年代以前只能用顛倒溫度表、、滴定管和機械式深溫計(BT)，現在則用電子式鹽溫深測量儀(STD或CTD)等船隻走航測溫常用投棄式深溫計(XBT)。空中遙感觀測海水溫度則用紅外輻射溫度計
。岸邊潮汐觀測使用浮子式,外海測潮採用壓力式自容儀,大洋潮波的觀測依靠衛星上的雷達測高儀。海浪觀測儀器的品種比較繁雜，有各種形式的測波桿、壓力式、光學原理的測波儀、超聲波式測波儀。近年用得較多的是加速度計式測波儀。海流觀測相當困難，或用儀器定點測量，或用漂流物跟蹤觀測。定點測流是海洋觀測中常用的辦法，所用儀器有轉子式海流計、電磁式海流計、聲學海流計等，其中最流行的是轉子式儀器（見）。海洋聲參數儀器主要有，用以觀測聲波在海水裡的傳播速度。海洋光參數儀器有透明度計和照度計，用以觀測海水對光線的吸收和海洋自然光場的強度。
海洋化學性質觀測儀器 海洋觀測中所用的化學儀器，主要用來測定海水中各種溶解物的含量。60年代以前，除少數幾項可在船上用滴定管和目力比色裝置完成外，大部分項目要保存樣品帶回陸上實驗室分析。60年代以後，調查船上逐漸採用船用、船用pH計、溶解氧測定儀，以及船用分光光度計和船用熒光計。近年來船用單項化學分析儀器與自動控制裝置相結合，形成船用多要素的自動測定儀器。這種綜合儀器還可配備電子計算機
，提高其自動化程度。船用化學分析儀器的工作原理大致分兩類：一類用感測器(主要為電極)直接測定化學參數；一類通過樣品顯色進行光電比色測定。目前，海水中的各種營養鹽靠比色儀器測定，pH值、溶解氧、氧化-還原電位等利用電極式儀器測定。
海洋生物觀測儀器 海洋生物種類繁多，從微生物、浮游生物、底棲生物到游泳生物，相應有不同的觀測儀器。海水中的微生物需采樣後進行研究，采樣工具有復背式采水器和無菌采水袋。浮游生物采樣器主要有浮游生物網和浮游生物連續採集器。底棲生物采樣使用海底拖網、采泥器和取樣管。游泳生物采樣依靠魚網，觀察魚群使用魚探儀（見）。海洋初級生產力的觀測，除利用化學儀器測營養鹽，利用光學儀器測定光場強度之外，還用熒光計測定海水中的葉綠素含量。為了觀察海洋生物在海中的自然狀態，需要利用水中攝象，有時還得使用。可使人們在海底停留較長時間，是觀察海洋生物活動情況的良好設備。
海洋地質及地球物理觀測儀器 底質取樣設備是最早發展的海洋地質儀器，分表層取樣設備與柱狀取樣設備兩類。表層取樣設備又稱采泥器，有重力式采泥器、彈簧式采泥器和箱式采泥器，其中箱式采泥器能保持沉積物原樣。底質柱狀采樣工具有重力取樣管、振動活塞取樣管、重力活塞取樣管和水下淺鑽，有一種靠玻璃浮子裝置使柱狀樣品上浮的重力取樣管稱為自返式取樣管。結合底質取樣，還可進行海底照相。回聲測深儀是觀測水深、地貌和地層結構最常用的儀器。又稱地貌儀,安裝在船殼上或拖曳體上,可以觀測海底地貌。利用聲波在海底沉積物中的傳播和反射測出地層結構。海洋地球物理儀器有重力儀(見)、磁力儀（見）和地熱計等。

8. 地質儀器是做什麼的

上海昌吉地質儀器有限公司主要研製和生產石油產品分析儀器、公路檢測儀器、實驗室儀器和地質儀器（包括工程勘探儀器）四大產品系列，目前共生產各類儀器設備200多種。

9. 用於探測暗礁的機器的名字

聲納

聲波是觀察和測量的重要手段。有趣的是，英文「sound」一詞作為名詞是「聲」的意思，作為動詞就有「探測」的意思，可見聲與探測關系之緊密。

在水中進行觀察和測量，得天獨厚的更只有聲波。這是由於其他探測手段的作用距離都很短，光在水中的穿透能力很有限，即使在最清澈的海水中，人們也只能看到十幾米到幾十米內的物體；電磁波在水中也衰減太快，而且波長越短，損失越大，即使用大功率的低頻電磁波，也只能傳播幾十米。然而，聲波在水中傳播的衰減就小得多，在深海聲道中爆炸一個幾公斤的炸彈，在兩萬公里外還可以收到信號，低頻的聲波還可以穿透海底幾千米的地層，並且得到地層中的信息。在水中進行測量和觀察，至今還沒有發現比聲波更有效的手段。

聲吶就是利用聲波對水下目標進行探測和定位的裝置，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。它是SONAR一詞的「義音兩顧」的譯稱，而SONAR是Sound Navigationand Ranging（聲音導航測距）的縮寫。

聲吶分為主動聲吶和被動聲吶。主動聲吶由簡單的回聲探測儀器演變而來，它主動地發射超聲波，然後收測回波進行計算，適用於探測冰山、暗礁、沉船、海深、魚群、水雷和關閉了發動機的隱蔽的潛艇；而被動聲吶則由簡單的水聽器演變而來，它收聽目標發出的雜訊，判斷出目標的位置和某些特性，特別適用於不能發聲暴露自己而又要探測敵艦活動的潛艇。

換能器是聲吶中的重要器件，它是聲能與其它形式的能如機械能、電能、磁能等相互轉換的裝置。它有兩個用途：一是在水下發射聲波，稱為「發射換能器」，相當於空氣中的揚聲器；二是在水下接收聲波，稱為「接收換能器」，相當於空氣中的傳聲器（俗稱「麥克風」或「話筒」）。換能器在實際使用時往往同時用於發射和接收聲波，專門用於接收的換能器又稱為「水聽器」。換能器的工作原理是利用某些材料在電場或磁場的作用下發生伸縮的壓電效應或磁致伸縮效應。

和許多科學技術的發展一樣，社會的需要和科技的進步促進了聲吶技術的發展。

「冰海沉船」事件促使了回聲探測儀的誕生。1912年4月14日，英國豪華大客輪「泰坦尼克號」在赴美首航途中的北大西洋與冰山相撞而沉沒，這一有史以來最大的海難事故引起了很大的震動，促使科學家研究對冰山的探測定位。英國科學家L。F。里查孫在船沉沒後5天和一個月以後連續報了兩項專利，利用聲波在空氣中和水中探測障礙物，提出要使用有指向性的發射換能器，但它沒有繼續做工作實現他的專利。1913年，美國科學家R·A·費森登（R·A·Fessenden）申報了水下探測的多項專利並用自己設計的動圈式換能器製造了第一台回聲探測儀。1914年4月他用這台設備（發出的500－1000Hz的聲波成功地探測到2海里門(3．7公里）之外的冰山。

緊接著，1914年第一次世界大戰爆發，戰爭極大地推動了水聲定位定向兵器的發展。第一次世界大戰期間，德國潛艇大肆活動，展開了「無限潛艇戰」，一時橫行無敵，對協約國和其他國家的海上運輸造成了很大的威脅，幾乎中斷了橫跨大西洋的運輸。協約國和其他國家十分惱火，相繼發展水聲設備，對水下的潛艇進行探測，當時不少著名的科學家都參加了這一工作。一位年輕的俄國電機工程師C。希洛夫斯基很早就在冰海沉船影響下開始了水聲探測設備的研製，第一次世界大戰開始後，他在瑞士山中養病，感到多反潛戰的重要性之後，把自己的研究轉為使用高頻聲波對潛艇進行；回聲探測的設想。他的建議在1915年2月得到法國政府的採納，事並把它交給法國著名物理學家朗之萬（Langevin）教授負責實施。朗之萬和希洛夫斯基決定使用高頻率的超聲，他們採用雲母靜電換能器，在兩個電極中安放雲母片，加上交變電壓後就可以發射聲波，以碳粒傳聲器做接收換能器，用這樣簡陋的設備在1915年底和1916年初在賽納河的兩岸間作傳播試驗獲得成功，實現了兩公里的單向傳播，收到了海底的反射信號和200m外一塊鋼板的反射信號。他們成功的消息傳到英國，英國也成立了一個小組研製回聲探測儀。

為增大探測距離，就要提高發射的強度和接受的靈敏度，他們利用1880～1881年間發現的壓電效應來產生和接收超聲波，只不過這壓電效應還很微弱。恰巧，當時在電子學領域發明了大功率電子管高頻放大器，這正好用來放大壓電效應。剩下的問題就是尋找具有壓電效應的石英單晶。

1917年11月，朗之萬終於說服一位眼鏡商獻出他珍藏多年直徑約10英寸的石英單晶展品，從中切出晶片，做成石英壓電接收換能器，配以雲母靜電發射換能器，完成了6km的單程信號收發，後來又利用石英替代雲母完成了8km的單程信號傳播，而且第一次搜尋到了1500m處潛艇的回波。

英國人知道了朗之萬的成功之後，到處搜尋大塊的水晶，英國地質博物館的水晶展品被搜羅一空後，又來求法國的水晶眼鏡商人，他們從倉庫里找到大量水晶塊，製造出回聲探測器。美國科學家聽了英法代表團介紹朗之萬的成功後，也加強了這方面的研究工作。

在這段時間里，人們還研製了被動聲吶，通過收聽敵艦的雜訊來測定它的方位。最早的被動收聽聲吶只有兩個接收器，通過帶在人頭上的聽診器收聽。為准確地確定距離，後來發展成每側多個水聽器的有空間分布的線陣，靠旋轉線陣，用耳朵判斷敵艦的方位。

可惜直到第一次世界大戰結束，他們也沒有做出進一步的成果。超聲回聲探測成功太晚，沒有能在第一次世界大戰中顯示巨大威力。但是，朗之萬和它的同事們的傑出成就，開創了超聲檢測的應用技術。

第一次世界大戰以後的年代裡，主動聲吶和被動聲吶都得到進一步的發展。英美以發展主動式聲吶為主，使用了較高的頻率，使之與本艦的雜訊頻段相差較遠，能不受本艦雜訊干擾，如朗之萬的聲吶頻率是38kHz，後繼的聲吶頻率也大多在10kHz～30kHz，而且由於頻率較高，可以形成很強的指向性。而此時德國是戰敗國，根據凡爾賽和約的規定，不得建潛艇，並只能有噸位小的軍艦，他們的注意力則集中在發展被動收聽系統。德國的歐根王子號巡洋艦上裝有每側60個水聽器的共形陣，設計精良，對以後的被動聲吶發展影響很大。到1923年時，在法國物理學會50周年紀念展覽會上展出了朗之萬和希洛夫斯基共同研製的回聲探測儀，在當時總共約有3000多條戰艦裝有不同型號的水聲設備。1937年出現了溫度深度計，能很快地測量和計算海水中聲速隨深度的變化，從而掌握聲音傳播的條件，為聲吶的進一步發展打下了基礎。

第二次世界大戰及戰後年代作為水聲兵器的聲吶得到了較全面的發展。這時期，聲吶作用的距離不斷增加，對目標的分辨能力不斷提高，出現了各種類型的聲吶，大到核潛艇上的巨型聲吶，魚雷頭上的制導聲吶。二次大戰中為了使用聲吶，美國集中力量深入地研究了聲速分布對聲傳播的影響，美國和蘇聯各自獨立地發現了由於水文分布而產生的。大洋聲道」，聲波在這里不會碰撞海面和海底，而可以傳播很遠的距離。在二次大戰期間，交戰各方共損失一千多艘潛艇，其中大部分是被聲吶發現的。二戰後，美、蘇兩霸進行軍備競賽，水聲兵器是重要內容之一。隨著資訊理論和數字處理技術的迅速發展，核潛艇和核導彈的出現，使原來近距離監測潛艇的戰術性聲探測，發展為在大洋中遠距離監測核潛艇的戰略性聲探測。為了增大探測距離，聲吶降低了使用頻率以減少海洋的吸現收；而為保持較強的方向性，水聽器的數量就要增加，並按一定的空間分布安裝起來，成為聲吶基陣；為減小自身螺旋槳雜訊的干擾，常把聲吶安裝在艦首的底部，但這樣艦尾方向就成了聲吶搜索不到的盲區，為此，又發展成用拖纜將聲吶拖在艦尾的海水中，並可調整其深度，叫可變深聲吶，這樣又能使聲吶不受海面惡劣情況的影響；另外，換能器陣的長度要增大，但船的長度又有限，於是在船後拖一條長長的電纜，裝上數百個換能器，構成幾百米長的拖曳線列陣，放在一千米深的深水層里，可探測很遠的距離；為了迅速、大面積地搜索某海區的潛艇，還發展了用直升飛機投放聲吶浮標的方法，如圖3－8。反潛飛機能攜帶八十多個聲吶浮標，浮標布放海面後，由計算機控制，能同時監視三十多個聲吶浮標，迅速對海區實行大面積搜索。

蘇聯解體，兩強對峙的局面消失後，聲吶逐步轉向淺海探測和海洋開發應用的研究。發展了能觀察200～300公里范圍海洋現象的海洋聲層析術，把大洋當作人體進行透視、層析。最近又發展了大洋氣候聲學測溫，測量大洋聲道的聲速，根據聲速與海水溫度的關系，算出大洋聲道上的溫度，得到由於二氧化碳的溫室效應產生的溫升資料，去解決人類環境保護的重大問題。

現在的聲吶有了飛躍的發展。現代聲吶的作用距離增加了幾百倍，定向精度可以達到幾分之一度，包括電子計算機和很復雜的大規模集成電路。現代核潛艇聲吶站的換能器，直徑達到幾米，重量達十噸，用電相當於一個小城市的用電量。現在除了艦載聲吶以外，在港口、重要海峽和主要航道處，都固定地布設有龐大的聲吶換能器基陣，對潛艇來說，這是由聲吶織成的天羅地網。

此外，反探測技術也發展很快。如干擾聲吶工作的雜訊堵塞技術，降低回波反射的隱身技術，以及干擾聲吶員判斷的假目標等等。這些在現代軍事術語中叫做電子對抗。

有趣的是，聲吶並非人類的專利，不少動物都有它們自己的「聲吶」。蝙蝠就用喉頭發射每秒10-20次的超聲脈沖而用耳朵接收其回波，藉助這種「主動聲吶」它可以探查到很細小的昆蟲及0．1mm粗細的金屬絲障礙物。而飛蛾等昆蟲也具有「被動聲吶」，能清晰地聽到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。然而有的蝙蝠能使用超出昆蟲偵聽范圍的高頻超聲或低頻超聲，從而使捕捉昆蟲的命中率仍然很高。看來，動物也和人類一樣進行著「聲吶戰」！海豚和鯨等海洋哺乳動物則擁有「水下聲吶」，它們能產生一種十分確定的訊號探尋食物和相互通迅。

海豚聲吶的靈敏度很高，能發現幾米以外直徑0．2mm的金屬絲和直徑1mm的尼龍繩，能區別開只相差200μs時間的兩個信號，能發現幾百米外的魚群，能遮住眼睛在插滿竹竿的水池子中靈活迅速地穿行而不會碰到竹竿；海豚聲吶的「目標識別」能力很強，不但能識別不同的魚類，區分開黃銅、鋁、電木、塑料等不同的物質材料，還能區分開自己發聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波；海豚聲吶的抗干擾能力也是驚人的，如果有雜訊干擾，它會提高叫聲的強度蓋過雜訊，以使自己的判斷不受影響；而且，海豚聲吶還具有感情表達能力，已經證實海豚是一種有「語言」的動物，它們的「交談」正是通過其聲吶系統。尤其是僅存於世的四種淡水豚中最珍貴的一種－我國長江中下游的白鰭豚，它的聲吶系統「分工」明確，有為定位用的，有為通訊用的，有為報警用的，並有通過調頻來調制位相的特殊功能。

多種鯨類都用聲來探測和通信，它們使用的頻率比海豚的低得多，作用距離也遠得多。其他海洋哺乳動物，如海豹、海獅等也都會發射出聲吶信號，進行探測。

終身在極度黑暗的大洋深處生活的動物是不得不採用聲吶等各種手段來搜尋獵物和防避攻擊的，它們的聲吶的性能是人類現代技術所遠不能及的。解開這些動物聲吶的謎，一直是現代聲吶技術的重要研究課題。

和許多科學技術的發展一樣，社會的需要和科技的進步促進了聲吶技術的發展。

「冰海沉船」事件促使了回聲探測儀的誕生。1912年4月14日，英國豪華大客輪「泰坦尼克號」在赴美首航途中的北大西洋與冰山相撞而沉沒，這一有史以來最大的海難事故引起了很大的震動，促使科學家研究對冰山的探測定位。英國科學家L。F。里查孫在船沉沒後5天和一個月以後連續報了兩項專利，利用聲波在空氣中和水中探測障礙物，提出要使用有指向性的發射換能器，但它沒有繼續做工作實現他的專利。1913年，美國科學家R·A·費森登（R·A·Fessenden）申報了水下探測的多項專利並用自己設計的動圈式換能器製造了第一台回聲探測儀。1914年4月他用這台設備（發出的500－1000HZ的聲波成功地探測到2海里門(3．7公里）之外的冰山。

緊接著，1914年第一次世界大戰爆發，戰爭極大地推動了水聲定位定向兵器的發展。第一次世界大戰期間，德國潛艇大肆活動，展開了「無限潛艇戰」，一時橫行無敵，對協約國和其他國家的海上運輸造成了很大的威脅，幾乎中斷了橫跨大西洋的運輸。協約國和其他國家十分惱火，相繼發展水聲設備，對水下的潛艇進行探測，當時不少著名的科學家都參加了這一工作。一位年輕的俄國電機工程師C。希洛夫斯基很早就在冰海沉船影響下開始了水聲探測設備的研製，第一次世界大戰開始後，他在瑞士山中養病，感到多反潛戰的重要性之後，把自己的研究轉為使用高頻聲波對潛艇進行；回聲探測的設想。他的建議在1915年2月得到法國政府的採納，事並把它交給法國著名物理學家朗之萬（Langevin）教授負責實施。朗之萬和希洛夫斯基決定使用高頻率的超聲，他們採用雲母靜電換能器，在兩個電極中安放雲母片，加上交變電壓後就可以發射聲波，以碳粒傳聲器做接收換能器，用這樣簡陋的設備在1915年底和1916年初在賽納河的兩岸間作傳播試驗獲得成功，實現了兩公里的單向傳播，收到了海底的反射信號和200m外一塊鋼板的反射信號。他們成功的消息傳到英國，英國也成立了一個小組研製回聲探測儀。

為增大探測距離，就要提高發射的強度和接受的靈敏度，他們利用1880～1881年間發現的壓電效應來產生和接收超聲波，只不過這壓電效應還很微弱。恰巧，當時在電子學領域發明了大功率電子管高頻放大器，這正好用來放大壓電效應。剩下的問題就是尋找具有壓電效應的石英單晶。

1917年11月，朗之萬終於說服一位眼鏡商獻出他珍藏多年直徑約10英寸的石英單晶展品，從中切出晶片，做成石英壓電接收換能器，配以雲母靜電發射換能器，完成了6km的單程信號收發，後來又利用石英替代雲母完成了8km的單程信號傳播，而且第一次搜尋到了1500m處潛艇的回波。

英國人知道了朗之萬的成功之後，到處搜尋大塊的水晶，英國地質博物館的水晶展品被搜羅一空後，又來求法國的水晶眼鏡商人，他們從倉庫里找到大量水晶塊，製造出回聲探測器。美國科學家聽了英法代表團介紹朗之萬的成功後，也加強了這方面的研究工作。

在這段時間里，人們還研製了被動聲吶，通過收聽敵艦的雜訊來測定它的方位。最早的被動收聽聲吶只有兩個接收器，通過帶在人頭上的聽診器收聽。為准確地確定距離，後來發展成每側多個水聽器的有空間分布的線陣，靠旋轉線陣，用耳朵判斷敵艦的方位。

可惜直到第一次世界大戰結束，他們也沒有做出進一步的成果。超聲回聲探測成功太晚，沒有能在第一次世界大戰中顯示巨大威力。但是，朗之萬和它的同事們的傑出成就，開創了超聲檢測的應用技術。

第一次世界大戰以後的年代裡，主動聲吶和被動聲吶都得到進一步的發展。英美以發展主動式聲吶為主，使用了較高的頻率，使之與本艦的雜訊頻段相差較遠，能不受本艦雜訊干擾，如朗之萬的聲吶頻率是38kHZ，後繼的聲吶頻率也大多在10～30kHZ，而且由於頻率較高，可以形成很強的指向性。而此時德國是戰敗國，根據凡爾賽和約的規定，不得建潛艇，並只能有噸位小的軍艦，他們的注意力則集中在發展被動收聽系統。德國的歐根王子號巡洋艦上裝有每側60個水聽器的共形陣，設計精良，對以後的被動聲吶發展影響很大。到1923年時，在法國物理學會50周年紀念展覽會上展出了朗之萬和希洛夫斯基共同研製的回聲探測儀，在當時總共約有3000多條戰艦裝有不同型號的水聲設備。1937年出現了溫度深度計，能很快地測量和計算海水中聲速隨深度的變化，從而掌握聲音傳播的條件，為聲吶的進一步發展打下了基礎。

第二次世界大戰及戰後年代作為水聲兵器的聲吶得到了較全面的發展。這時期，聲吶作用的距離不斷增加，對目標的分辨能力不斷提高，出現了各種類型的聲吶，大到核潛艇上的巨型聲吶，魚雷頭上的制導聲吶。二次大戰中為了使用聲吶，美國集中力量深入地研究了聲速分布對聲傳播的影響，美國和蘇聯各自獨立地發現了由於水文分布而產生的。大洋聲道」，聲波在這里不會碰撞海面和海底，而可以傳播很遠的距離。在二次大戰期間，交戰各方共損失一千多艘潛艇，其中大部分是被聲吶發現的。二戰後，美、蘇兩霸進行軍備競賽，水聲兵器是重要內容之一。隨著資訊理論和數字處理技術的迅速發展，核潛艇和核導彈的出現，使原來近距離監測潛艇的戰術性聲探測，發展為在大洋中遠距離監測核潛艇的戰略性聲探測。為了增大探測距離，聲吶降低了使用頻率以減少海洋的吸現收；而為保持較強的方向性，水聽器的數量就要增加，並按一定的空間分布安裝起來，成為聲吶基陣；為減小自身螺旋槳雜訊的干擾，常把聲吶安裝在艦首的底部，但這樣艦尾方向就成了聲吶搜索不到的盲區，為此，又發展成用拖纜將聲吶拖在艦尾的海水中，並可調整其深度，叫可變深聲吶，這樣又能使聲吶不受海面惡劣情況的影響；另外，換能器陣的長度要增大，但船的長度又有限，於是在船後拖一條長長的電纜，裝上數百個換能器，構成幾百米長的拖曳線列陣，放在一千米深的深水層里，可探測很遠的距離；為了迅速、大面積地搜索某海區的潛艇，還發展了用直升飛機投放聲吶浮標的方法，如圖3－8。反潛飛機能攜帶八十多個聲吶浮標，浮標布放海面後，由計算機控制，能同時監視三十多個聲吶浮標，迅速對海區實行大面積搜索。

蘇聯解體，兩強對峙的局面消失後，聲吶逐步轉向淺海探測和海洋開發應用的研究。發展了能觀察200～300公里范圍海洋現象的海洋聲層析術，把大洋當作人體進行透視、層析。最近又發展了大洋氣候聲學測溫，測量大洋聲道的聲速，根據聲速與海水溫度的關系，算出大洋聲道上的溫度，得到由於二氧化碳的溫室效應產生的溫升資料，去解決人類環境保護的重大問題。

現在的聲吶有了飛躍的發展。現代聲吶的作用距離增加了幾百倍，定向精度可以達到幾分之一度，包括電子計算機和很復雜的大規模集成電路。現代核潛艇聲吶站的換能器，直徑達到幾米，重量達十噸，用電相當於一個小城市的用電量。現在除了艦載聲吶以外，在港口、重要海峽和主要航道處，都固定地布設有龐大的聲吶換能器基陣，對潛艇來說，這是由聲吶織成的天羅地網。

此外，反探測技術也發展很快。如干擾聲吶工作的雜訊堵塞技術，降低回波反射的隱身技術，以及干擾聲吶員判斷的假目標等等。這些在現代軍事術語中叫做電子對抗。

有趣的是，聲吶並非人類的專利，不少動物都有它們自己的「聲吶」。蝙蝠就用喉頭發射每秒10-20次的超聲脈沖而用耳朵接收其回波，藉助這種「主動聲吶」它可以探查到很細小的昆蟲及0．1mm粗細的金屬絲障礙物。而飛蛾等昆蟲也具有「被動聲吶」，能清晰地聽到40m以外的蝙蝠超聲，因而往往得以逃避攻擊。然而有的蝙蝠能使用超出昆蟲偵聽范圍的高頻超聲或低頻超聲，從而使捕捉昆蟲的命中率仍然很高。看來，動物也和人類一樣進行著「聲吶戰」！海豚和鯨等海洋哺乳動物則擁有「水下聲吶」，它們能產生一種十分確定的訊號探尋食物和相互通迅。

海豚聲吶的靈敏度很高，能發現幾米以外直徑0．2mm的金屬絲和直徑lmm的尼龍繩，能區別開只相差200卜s時間的兩個信號，能發現幾百米外的魚群，能遮住眼睛在插滿竹竿的水池子中靈活迅速地穿行而不會碰到竹竿；海豚聲吶的「目標識別」能力很強，不但能識別不同的魚類，區分開黃銅、鋁、電木、塑料等不同的物質材料，還能區分開自己發聲的回波和人們錄下它的聲音而重放的聲波；海豚聲吶的抗干擾能力也是驚人的，如果有雜訊干擾，它會提高叫聲的強度蓋過雜訊，以使自己的判斷不受影響；而且，海豚聲吶還具有感情表達能力，已經證實海豚是一種有「語言」的動物，它們的「交談」正是通過其聲吶系統。尤其是僅存於世的四種淡水豚中最珍貴的一種－我國長江中下游的白鰭豚，它的聲吶系統「分工」明確，有為定位用的，有為通訊用的，有為報警用的，並有通過調頻來調制位相的特殊功能。

多種鯨類都用聲來探測和通信，它們使用的頻率比海豚的低得多，作用距離也遠得多。其他海洋哺乳動物，如海豹、海獅等也都會發射出聲吶信號，進行探測。

終身在極度黑暗的大洋深處生活的動物是不得不採用聲吶等各種手段來搜尋獵物和防避攻擊的，它們的聲吶的性能是人類現代技術所遠不能及的。解開這些動物聲吶的謎，一直是現代聲吶技術的重要研究課題。

10. 可以探測海底礁石位置的儀器叫什麼

聲納.利用超聲波來探測.