水中声速表
水下声速计算公式的优化选择
水下声速计算公式的优化选择陈长安;吴碧;王升【摘要】为在实际海洋工程应用中针对性地使用水下声速计算公式,对水下声速计算公式适用范围进行比较分析,进行了SVP直接声速测量和CTD间接声速测量的对比试验.试验结果表明,使用声速计算公式计算的声速与直接测量声速之间、不同公式计算的声速之间的差异较大,在实际水下工程实践中不容忽视;由此给出不同环境条件下水下声速计算公式的优化选择,从而为实际海洋工程应用提供参考.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2014(036)006【总页数】4页(P77-80)【关键词】声速;声速计算;优化选择【作者】陈长安;吴碧;王升【作者单位】中国人民解放军91388部队,广东湛江524022;中国人民解放军91388部队,广东湛江524022;中国人民解放军91388部队,广东湛江524022【正文语种】中文【中图分类】TB566海洋中时空的变化决定着海洋声传播的路径，影响水声测量设备和水下武器装备性能，因此海水声速是军事海洋学中最受关注的物理参量之一。
对海水声速进行精确测量，计算其时空变化，能够预先研究估算鱼雷、声呐的探测距离等，对水下装备的作战、试验、科研等具有重要意义。
声速测量仪(SVP)用脉冲循环法直接测量海水声速，可信度高，但设备不易小型化，对于作战、试验这种大面积活动范围的情况下，测量费效比低;在实际军事、海洋学应用测量中，通常测量海水的温度、电导率(盐度)、压力，再通过声速经验公式计算间接获取海水声速。
多年以来，科学家通过对海水进行精确测量和研究，总结了众多水下声速计算的经验公式，这些公式基于不同的海水样本数据和试验方法，形式相差较大，适用范围内也不同;同时，较之直接测量结果，即使应用于同一海域，不同公式之间的计算结果也有差别。
为在实际军事及海洋工程应用中针对性地使用水下声速计算公式计算声速，本文对10个声速计算公式进行研究，对这些公式的声速适用范围进行了比较分析;在我国南方海域进行了SVP直接声速测量和CTD间接声速测量的对比试验，依据试验结果和公式的历史渊源对公式进行类型划分，研究不同环境条件下水下声速计算公式优化选择。
工作报告之水中声速测量实验报告
水中声速测量实验报告【篇一：实验报告声速的测定】实验报告声速的测定-驻波法测声速2013301020142吴雨桥13级弘毅班物理科学与技术学院本实验利用超声波采用驻波法来测定空气中的声速。
【实验目的】(1)学会用驻波法测定空气中的声速。
(2)了解压电换能器的功能，熟悉低频信号发生器和示波器的使用。
(3)掌握用逐差法处理实验数据。
【实验器材】声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、示波器、屏蔽导线。
【仪器介绍】声波驻波仪如图所示，在量程为50cm的游标尺的量爪上，相向安置两个固有频率相同的压电换能器。
移动游标及借助其微动装置就可精密地调节两换能器之间的距离l。
压电换能器是实现声波（机械振动）和电信号相互转换的装置，它的主要部件是压电陶瓷换能片。
当输给一个电信号时，换能器便按电信号的频率做机械振动，从而推动空气分子振动产生平面声波。
当它受到机械振动后，又会将机械振动转换为电信号。
压电换能器s1作为平面声波发射器，电信号由低频信号发生器供给，电信号的频率读数由数字频率计读出；压电换能器s2作为声波信号的接收器被固定于游标尺的附尺上，转换的电信号由毫伏表指示。
为了在两换能器的端面间形成驻波，两端面必须严格平行。
【实验原理】两列振幅相同传播方向相反的相干波叠加形成驻波，它不受两个波源之间距离等条件的限制。
驻波的强度和稳定性因具体条件的不同有很大差异。
只有当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，驻波振幅才达到最大值，该现象称为驻波共振。
t 等于任一温度时，声波在理想气体中的传播速度为v=v0 1+??273.15式中v0=331.45m???1，它为0℃时的声速，t为摄氏温度。
由上式可以计算出t等于任意温度时，声波在理想气体中的传播速度。
【实验内容】(1)仪器接线柱连接。
用屏蔽导线将压电换能器s1的输入接线柱与低频信号发生器的输出接线柱连接，用屏蔽导线将压电换能器s2的输出接线柱与毫伏表的输入接线柱连接，再将低频信号发生器的输出端与数字频率计的输入端相连。
水中的声速实验报告
一、实验目的1. 了解声速的基本概念和测量方法。
2. 掌握在水中测量声速的实验步骤和数据处理方法。
3. 分析影响声速测量结果的因素。
二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，其大小取决于介质的性质。
在水中，声速受到温度、盐度、压力等因素的影响。
本实验通过测量声波在水中的传播时间，计算出声速的数值。
实验原理公式为：v = s/t，其中v为声速，s为声波传播的距离，t为声波传播的时间。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：声速测量仪、超声波发射器、超声波接收器、计时器、温度计、盐度计、压力计、标尺、数据采集系统等。
2. 实验材料：纯净水、盐、计时器、计时器支架等。
四、实验步骤1. 准备实验器材，检查各仪器是否正常工作。
2. 在实验容器中注入适量的纯净水，将超声波发射器和接收器分别固定在容器两侧。
3. 将计时器固定在计时器支架上，调整计时器与超声波接收器的距离，使两者保持水平。
4. 记录实验容器中的水温、盐度、压力等参数。
5. 启动声速测量仪，发射超声波，同时启动计时器。
6. 当超声波接收器接收到反射波时，立即停止计时器，记录声波传播的时间。
7. 重复步骤5和6，进行多次测量，取平均值作为实验数据。
8. 将实验数据输入数据采集系统，进行数据处理和分析。
五、数据处理1. 根据实验数据，计算声波在水中的传播时间t。
2. 根据实验容器中的水温、盐度、压力等参数，对声速进行修正。
3. 利用公式v = s/t，计算声速v。
4. 分析实验数据，得出结论。
六、实验结果与分析1. 实验结果：经过多次测量，声波在水中的传播时间平均为t = 0.014秒，水温为25℃，盐度为0.5%，压力为0.1MPa。
2. 数据处理：根据实验参数，对声速进行修正，得到修正后的声速v =1492.5m/s。
3. 分析：实验结果表明，声波在水中的传播速度受水温、盐度、压力等因素的影响。
在本实验条件下，声速受水温影响较大，盐度和压力的影响较小。
声速测定实验
声速测定实验声波是一种在弹性媒质中传播的机械波。
声波在媒质中传播时，声速，声衰减等诸多参量都和媒质的特性与状态有关，通过测量这些声学量可以探知媒质的特性及状态变化。
例如，通过测量声速可求出固体的弹性模量；气体、液体的比重、成分等参量。
在自由空间同一媒质中，声速一般与频率无关，例如在空气中，频率从20赫兹变化到8万赫兹,声速变化不到万分之二。
由于超声波长短，易于定向发射，不会造成听觉污染等优点，我们通过测量超声波的速度来确定声速。
超声波在医学诊断，无损检测，测距等方面都有广泛应用。
实验目的1．了解超声换能器的工作原理和功能2．学习不同方法测定声速的原理和技术3．熟悉测量仪和示波器的调节使用4．测定声波在空气及水中的传播速度实验原理1.压电陶瓷换能器压电材料受到与极化方向一致的应力F时，在极化方向上会产生一定的电场E，它们满足线性关系：E=g·F反之，当在压电材料的极化方向上加电压E时，材料的伸缩形变S与电压E也呈线性关系：S=a·E系数g、a称为压电常数，它与材料性质有关。
本实验采用压电陶瓷超声换能器，将实验仪输出的正弦振荡电信号转换成超声振动。
压电陶瓷片是换能器的工作物质，它是用多晶体结构的压电材料(如钛酸钡，锆钛酸铅等)在一定的温度下经极化处理制成的。
在压电陶瓷片的前后表面粘贴上两块金属，组成的夹心型振子，就构成了换能器。
由于振子是以纵向长度的伸缩，直接带动头部金属作同样纵向长度伸缩，这样所发射的声波，方向性强，平面性好。
每一只换能器都有其固有的谐振频率，换能器只有在其谐振频率上，才能有效的发射(或接收)。
本实验中使用一个换能器作为发射器，另一个作为接收器，二换能器的表面互相平行，且谐振频率匹配。
2.声速的测量方法声速的测试方法可以分为两类。
第一类方法是直接根据速度关系式：v=S/t测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速，该法称为“时差法”，这是工程应用中常用的方法。
第二类方法是利用波长频率关系式：v=f·λ测量出频率f和波长λ来计算出声速，测量波长时又可用“共振干涉法”或“相位比较法”，本实验可用上述三种方法测量气体、液体以及固体中的声速。
水的声速公式
水的声速公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：水的声速是指声波在水中传播的速度，它是声学的一个重要参数。
声速受到水的密度和弹性系数的影响，一般而言，水的声速在20摄氏度下约为1500米/秒。
水的声速公式是通过水的弹性系数和密度的关系得出的，可以用下面的公式来表示：\[ v = \sqrt{\frac{K}{\rho}} \]\( v \)是水的声速，单位是米/秒；\( K \)是水的弹性系数，单位是帕斯卡（Pa）；\( \rho \)是水的密度，单位是千克/立方米（kg/m³）。
水的弹性系数是指水在受到外力作用下的形变程度，可以理解为水的刚度，通常情况下，水的弹性系数在20摄氏度下约为2.2×10^9帕斯卡。
水的密度则是指单位体积内水分子的数量，通常情况下，水的密度在20摄氏度下约为1000千克/立方米。
通过上述公式，我们可以计算出水在不同密度和弹性系数下的声速。
水的声速是其物理特性之一，它决定了声波在水中传播的速度，对于水下声纳和水声通信等领域具有重要的应用价值。
在海洋工程领域，水的声速对于声波在海水中传播的特性起着决定性的作用。
不同的海域、不同的水温和盐度都会对水的声速产生影响，进而影响声波在海水中的传播速度和传播方向。
海洋声纳技术就是利用水的声速特性来进行水下通信和目标探测的一种重要技术。
在地质勘探、水下地质探测和海底资源开发等领域，水的声速也被广泛应用。
通过测量水的声速，可以推断水下地质构造和物性参数，帮助石油勘探、海底资源开发等相关工作。
水的声速公式是一个重要的声学公式，可以帮助我们更好地理解水的声学特性和在不同环境条件下的声速变化规律。
通过研究水的声速，可以推动水声学技术的发展和应用，为海洋工程、地质勘探和水下通信等领域的发展提供理论支持和技术基础。
希望通过这篇文章的介绍，读者们可以更加深入地了解水的声速和其在实际应用中的重要性。
第二篇示例：水的声速公式是描述水中声波传播速度的数学公式。
液体声速表
海洋的声学特性
2.1 海水中的声速
声速垂直分布分类 表面声道声速分布：
特点：在某一深度处有一声速极
大值。
Zm
形成原因：在秋冬季节，水面温
度较低，加上风浪搅拌，海表面
层温度均匀分布，在层内形成正
Z
声速梯度分布。
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ch c
2.1 海水中的声速
声速垂直分布分类 反声道声速分布：
c
特点：声速随深度单调下降。 形成原因：海洋上部的海水受到 太阳强烈照射的结果。
海水超吸收
海水超吸收原因： 海水中含有溶解度较小的
MgSO4，它的化学反应的驰豫 过程引起超吸收。
在声波作用下，MgSO4化学 反应的平衡被破坏，达到新 的动态平衡，这种化学的驰 豫过程，导致声波的吸收。
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2.2 海水中的声吸收
海水超吸收
Schulkin和Marsh根据2~25kHz频率范围内所作的大 量测量结果，归纳的半经验公式：
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2.1 海水中的声速
乌德公式
c 1450 4.21T 0.037T 2 1.14S 35 0.175 P
P的单位是大气压。
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2.1 海水中的声速
2、声速测量
测量仪器设备：温度深度记录仪和声速仪 。 温度深度记录仪： 通过热敏探头测量 水中温度，同时通 过压力传感器给出 深度信息，可以转 换给出声速。
扩展损失
（4）n=2 适用于开阔水域(自由场)，球面波传播。
（5）n=3
TL 20lg r
声波通过浅海声速负跃变层后的声传播。
TL 30lg r
（6）n=4 适用偶极子声源或计及平整海面虚源干涉 的远场声传播，相当于计入声波干涉后，对球面波传
水中声速和温度关系对照表
水中声速和温度关系对照表
水的声速和温度是完全相关的，它们受温度的变化而不断变化着。
以下是水中
声速和温度关系对照表：
温度 / 声速
-1℃ / 1498米/秒
4℃ / 1486米/秒
12℃ / 1475米/秒
20℃ / 1460米/秒
28℃ / 1448米/秒
实际上，每一种物质都有自己特定的声速，而水是温度和维度变化很快的材料，其声速并不固定，它随温度变化而变化。
在不同的温度下，水中的声速也会出现不同的变化，可以按照如上表格数据所示来表述。
此类变化，正是水在有声环境中如此受欢迎的理由之一，因为它令声音具有松
弛感，更能表达情绪。
水的声速改变，既可以增加带来的舒适感，也可以减少吵杂的噪音，从而增加了水的魅力所在。
另外，水的声速随温度变化也很有用，从气象学家监测天气变化有关的方面尤
为有效。
他们可以从水中声速变化，以及对应温度变化中得出有价值的信息。
例如，当水声速变慢，表示相应的温度会下降，这是温度降落的一个重要指标，就这样水的声速变化能够帮助气象检测有关的预报及警报情况。
总而言之，水的可变声速使它在娱乐领域有着无限的想象空间，在气象学法中
也有着很重要的作用。
水的声速和温度间的联系表明了它们之间十分密切的关系，已为社会、科学以及决策做出了重要贡献。
第4章 海洋声速及声线跟踪
4．1．2声波在海水中的传播特性
波束在海水中的折射特性，可通过Snell法则很好的反映。Snell法则为：
式中i和i+1是声速为Ci和Ci+1相 邻介质层界面处波束的入射角 和折射角，p为Snell常数。
入射角0时，波束在界面处发生折射，若经历的水柱中有 N+1个不同介质层，则产生N次折射，波束的实际传播路径为一个 连续折线，即声线。 Snell 法则不但解释了波束在水中的传播特性，还给出了求解 声线路径的算法。
误差修正法由于这种方法不是直接依赖于实际声速剖面进行声线跟踪计算而是通过选择一个简单的声速剖面如零梯度声速剖面作为参考声速剖面根据相对面积差建立参考声速剖面与实际声速剖面间的联系进而修正参考声速剖面的计算结果获得最终的波束脚印位置因此该方法被称为误差修正法
现代海洋测绘
赵建虎
第四章
海洋声速及声线跟踪 Oceanic Sound Velocity & Sound Ray Tracing
声波在海水中传播时，会在介质常数不同的两个水层界面处产生 反射、折射和某种程度的反向散射。其中折射现象起因于海水是 非均匀介质，这也是导致波束声线弯曲和传播速度发生改变的根 本原因。折射后的声线是向声速减小的方向弯曲。
声线的弯曲程度和方向与声速在垂直方向的变化相互联系，声速 变化越大，弯曲越显著。此外，声波的传播速度在温水区要比冷 水区快，且向冷水区（即声速较低的水区）弯曲。因此，若温度 随深度增加，声线向海面弯曲，反之则向海底弯曲。正常情况下， 声线弯曲成圆弧状。
被动声纳（噪音声纳站）信息的流程为：被动声纳通过接收被探测 目标（声源部分）如鱼雷、潜艇等的辐射噪声，来实现水下目标探测。
主、被动声纳工作信息流程的基本组成包括声信号传播介质（海 水）、被探测目标和声纳设备。 影响声纳设备工作的因素，即声纳参数，主要包括：
水声传播中的声速变化研究
水声传播中的声速变化研究在我们生活的这个广袤世界里，声音无处不在。
而当声音在水中传播时，其特性会发生许多有趣且重要的变化，其中声速的变化就是一个关键的方面。
要理解水声传播中声速的变化，首先得知道声速是什么。
简单来说，声速就是声音在某种介质中传播的速度。
在空气中，声速约为 340 米每秒，而在水中，情况就复杂多了。
水的温度对声速有着显著的影响。
一般来说，水温越高，声速就越快。
这是因为温度升高会使水分子的运动更加活跃，从而更有利于声音的传播。
想象一下，在寒冷的冬天，湖水表层结了冰，而冰层下的水温较低。
此时，声音在这部分水中传播的速度就相对较慢。
但如果到了炎热的夏天，湖水整体温度升高，声速也就相应提高了。
水的盐度也是影响声速的一个重要因素。
海水中含有大量的盐分，其盐度通常比淡水高。
盐度的增加会导致水的密度增大，这使得声音在海水中传播的速度比在淡水中要快一些。
比如，在近海区域，由于河水的注入，盐度相对较低，声速也会有所不同；而在深海，盐度较为稳定且较高，声速也保持在一个相对稳定且较高的水平。
水压同样会改变水声传播的声速。
随着水深的增加，水压不断增大。
水压的增大使得水的密度增加，从而使得声速加快。
这就好像是给声音传播的“道路”施加了更多的“压力”，让声音能够更快地“奔跑”。
对于深海探测和潜艇通信等领域，了解水压对声速的影响至关重要。
除了上述这些物理因素，水中的杂质和气泡也会对声速产生影响。
水中的杂质可能会散射和吸收声音，从而减缓声速的传播。
而气泡则会使声音发生反射和折射，改变声音传播的路径和速度。
在实际应用中，水声传播中声速的变化具有重要意义。
在海洋探测方面，科学家们需要准确了解声速的变化规律，才能更好地利用声纳技术来探测海底地形、寻找矿产资源和监测海洋环境。
例如，通过测量不同深度的声速，结合其他数据，可以绘制出精确的海底地形图。
在军事领域，潜艇的隐蔽和通信都与声速的变化密切相关。
了解声速的分布情况，可以帮助潜艇更好地隐藏自己，避免被敌方声纳探测到。