超声波水下扩频通信系统的设计
一、认识超声波
声音是一种压力波:介质分子有规律的振动,使周围的介质产生疏密变化,这就产生了声波。声音作为波的一种,可以通过傅立叶变换分解为不同频率不同强度正弦波的叠加。人耳可以听到的声音的频率范围是20Hz~20kHz,高于这个范围的波动称为超声波。通常认为,超声波的频率范围是20kHz~500kHz。狗和蝙蝠等动物可以听到高达160kHz的声音,因此超声波只是对人而言。
超声波的传播速度与在相同介质中普通声波的传播速度相同:0℃海平面的空气中是332m/s,水中是1450m/s,铁中是5000m/s。介质密度愈大,音速愈快。在空气中,音速会依空气之状态(如湿度、温度、密度)不同而有不同数值,如一万米高空之音速约为295m/s,每升高1℃音速增加0.607m/s。
超声波在介质中传播时,由于超声波与介质的相互作用,会产生以下四种效应:机械效应、空化作用、热效应、化学效应。
超声波的特点:传播方向性强、能量易于集中;能在各种不同介质中传播、可传播足够远的距离;与介质的相互作用适中、易于携带有关介质状态的信息。