声纳与电磁波在空气与水下介绍繁体.pptVIP

聲波與電磁波在空氣與水下介紹 1 都普勒效應 行動接收需考慮接收機因行動狀態而造成之頻率偏移效應,即都普勒效應(Doppler effect) 2 電磁波傳輸 一般所熟知之遙測技術是以電磁波輻射或反射來獲得地表物質的特徵。但是電磁波在水下易被水中介質所吸收而衰減，無法穿透水層，而聲波克服了此項問題。 波動不依靠介質，而能傳遞能量者，稱為電磁波。 電磁波的波長不會因為較長的波長或較短的波長而影響傳輸速度。 電磁波的波長較長者傳輸範圍比較廣。 電磁波的波長較短者指向目標比較明確。 電磁波的傳遞速度主要是以傳輸的媒介是以介電係數(ε)、磁導率(μ)來決定。 電磁波在真空中是以光速3x10^8傳波。 電磁波在空氣中的速度為299,792,457.4±0.1米/秒 3 平面電磁波 在自由空間內E的無電磁源的波動方程式 在自由空間(真空)內傳撥速度為光速 E=電場 c=波速(约等於3×10^8m/s) μ=磁導率=4π*10^-7(H/m)?Henry/Meter(自由空間) ε=介電係數=810^-12 (F/m)?F是電容單位Farad/Meter(自由空間) 真空中的電磁波傳遞速度為光速，空氣中電磁波傳遞的速度趨近於光速 4 電磁波的計算 c= λ × fc：波速(3×10^8m/s)單位：米/秒f：頻率(單位：Hz,1MHz=1000kHz=10×10^5Hz)λ：波長（單位：m） 5 802.11G電磁波傳遞容量 6 802.11A電磁波傳遞容量 7 干擾 雨滴、散射、繞射、反射 鄰近的電子設備 8 聲波傳輸 聲音的傳播過程就如同繩波或水波一樣，必須依靠介質的擾動來傳播，因此聲音又稱為聲波，是一種力學波。 聲波的傳播介質不只限於空氣， 固體和液體也能傳播聲波。 波動主要傳遞的是能量，介質並不隨波前進，只是在原處附近作上下、左右或前後之振動。 波的傳遞速度與介質的種類及狀態(如溫度、濕度等)有關。 當變成真空狀態，聲音無法傳播 聲波在海下傳遞具有低衰減的特性，很適合遠距離傳播，因此常被應用於海下監測、探勘等作業。 海(水)下通到對於聲波通訊而言，可使用的通道頻寬非常有限(約30KHz以下)，主要是因為聲能傳播損耗隨著頻率越高越嚴重。 目前聲波傳輸載波大約5KHz~20KHz。 9 影響聲速的因素 聲音在空氣中傳播時，高溫時的傳播速率會比低溫時還快。聲速大小的公式可表示為V=331+0.6×T 公尺/秒，其中T為當時的攝氏溫度。溫度每升高1℃，聲音的速度每秒增加了0.6公尺。 影響傳聲速率的因素：介質的種類、狀態、密度、溫度及溼度等都會影響聲音的速度。而空氣中溼度高時、順風時聲速都會比較快。聲音的速度只與傳送的介質種類與介質狀態有關，這與發音體振動的快慢或者震動的幅度沒有關係。 10 介質與聲速 聲速決定於介質的種類與狀態。 固體液體氣體 介質 聲速(m/s) 空氣 343 淡水 1485 橡木 3850 玻璃 5170 11 速度計算 水中聲波的傳導方式影響聲納的效能 水中聲速因溫度（T）、壓力（p）及鹽度（S）的改變而不同，可以函式 表示。 fλ = c(T,p,S)其中： T：溫度 Temperature p：壓力 Pressure S：鹽度 Salinity 只考慮溫度時：攝氏零度之海平面音速約為331.5m/s，則聲速公式V= λ * f： V=聲速 λ=波長 f=頻率 隨著海水的溫度、壓力、鹽度增加聲波傳輸速度越快。 12 利用反射計算距離 聲納裝置：聲納是一種低頻率的聲波，以聲納裝置探測海底深度時，若海深為h，海水的傳聲速率為V，聲波由發出至傳回的時間為t，則其 關係為： 。只要測出聲納發射和接收的時間差，代入公式即 可知道海底的深度。 13 聲波傳輸損失 聲波為水下通訊主要媒介 傳輸損失： r=距離，單位“碼” f=頻率，單位”KHz” 14 頻率越低傳輸損失越少 15 聲速隨水深度變化 季節感溫層 溫躍層 深同溫層 16 負深速、正深速與水面導管效應 負深速 正深速 水面導管效應 聲波軌距：下彎 聲波軌跡：上揚 17 Temperature、Salinity、 Depth of sound speed and variation The speed of sound in water increases with increasing water temperature, increasing salinity and increasing pressure (depth). The approximate change in the speed of sound with a change in eac