蝙蝠與聲吶

同學們看過電影《蝙蝠俠》吧，在巨大的蝙蝠標記下，專門懲惡揚善的“蝙蝠俠”傲然站立，啊，一個新的英雄傳說誕生了!為什么這個俠客以“蝙蝠”為名呢?原來小小的蝙蝠是個充滿神秘色彩的動物啊，它也為人類科學技術的發展作出了貢獻，是仿生學的一個驕傲!

蝙蝠捕食的秘密

蝙蝠是唯一真正有飛翔能力的哺乳動物，有900多種，蝙蝠的體型大小差異極大，最大的狐蝠翼展達15m，而基蒂氏豬鼻蝙蝠的翼展僅有15cm。

蝙蝠引起科學家興趣的是，它具有一種非凡的本，領，就是能在黑暗中準確地捕食，1794年，意大利的生物學家斯帕蘭扎尼發現，蒙住眼睛的蝙蝠在布滿縱橫交錯的細線的房間里來回飛行，從不會碰上細線，后來科學家利用高頻脈沖檢測裝置，證明了蝙蝠在飛行中能發出脈沖超聲波，原來蝙蝠有超聲波定位的本領啊!如果把蝙蝠的耳朵蒙上。使它不能接收到反射回來的超聲波，那它只有在黑暗中瞎撞了。

蝙蝠在飛行過程中，從喉內發出一種人耳聽不到的超聲波，當超聲波被物體擋住后，會反射回來，蝙蝠用耳朵來接收這種超聲波，就能判斷出障礙物或食物的大小和距離了。

我們說蝙蝠的回聲定位裝置很神奇，原因很多，首先它十分靈敏，在黑暗中能分辨出用直徑為0.1mm細線組成的網，并能從剛剛容下其身體的小網眼中穿過去，其次，它的分辨能力極強，能準確地分辨出食物與障礙物，并以每分鐘10個以上的速度捕食昆蟲，第三，蝙蝠的抗干擾能力強，蝙蝠出來覓食一般都是成群的，但即使眾多的蝙蝠同時發聲，它們也不會相互干擾，哪怕背景噪聲比它發出的聲波強百倍，它仍能分辨出從昆蟲身上反射回來的聲波，第四，蝙蝠能同時探測若干個目標的位置和大小，據研究它竟能在1s內捕捉識別近百組回聲(聲波往返一次為一組)，第五。蝙蝠是主動“探測”，自己發出超聲波，然后接收返回波。

尤其令人驚奇的是，蝙蝠的全部聲吶結構十分小巧、緊湊，總重量不到0.1g，有的蝙蝠為了保證能聽到聲波，可以用大功率發射聲波，有的還能把聲波聚集成波束。

聲吶的原理和結構

科學家受到蝙蝠的啟發，發明了利用聲波測量距離的儀器——聲吶。

聲吶測距的原理很簡單，我們知道，當聲波遇到障礙物時，就會反射回來，因為聲波在空氣中的傳播速度是已知的，約340m／s，利用測量聲波發射和返回的時間，根據“距離=速度×時間”的公式，就可以測量一個未知距離的數值。

聲吶是1906年由英國的劉易斯，尼克森發明的，第一次世界大戰時被應用到軍事上，用來有效地偵測潛藏在水底的潛水艇。

你知道嗎?在水中進行觀察和測量，具有得天獨厚條件的只有聲波，光在水中的穿透能力很有限，即使在清澈的海水中，也只能看到幾十米內的物體，然而，聲波在水中衰減就小得多，在深海中爆炸一個幾公斤的炸彈，在2×10⁴km外還可以收到信號，現代聲吶都使用超聲波，為什么聲吶要使用超聲波呢?因為它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠。

換能器是聲吶中的重要器件，它是聲能與其他形式的能相互轉換的裝置，它有兩個用途：一是在水下發射聲波，稱為“發射換能器”，相當于空氣中的揚聲器：二是在水下接收聲波，稱為“接收換能器”，相當于空氣中的傳聲器(俗稱“話筒”)，換能器在實際使用時，往往同時用于發射和接收聲波。

水下監測的耳目

現代聲吶按工作方式可分為主動聲吶和被動聲吶：按裝備對象可分為水面艦艇聲吶、潛艇聲吶、航空聲吶、便攜式聲吶和海岸聲吶等。

主動聲吶技術是指聲吶主動發射聲波“照射”目標，然后收測回波進行計算顯示，適用于探測冰山、暗礁、沉船、海深、魚群、水雷和關閉了發動機的隱蔽潛艇等。

被動聲吶技術是指聲吶被動接收艦船等水中目標產生的噪聲和水聲設備發射的信號，以測定目標的方位，它由簡單的水聽器演變而來，它探索收聽目標發出的噪聲，判斷出目標的位置和某些特性，特別適用于不能發聲暴露自己而又要探測敵艦活動的潛艇。

目前，聲吶是各國進行水下監視使用的主要技術，用于對水下目標進行探測、分類、定位和跟蹤，進行水下通信和導航，保障艦艇、反潛飛機和反潛直升機的戰術機動和水中武器的使用，此外，聲吶技術還廣泛用于魚雷制導、水雷引信，以及魚群探測、海洋石油勘探、船舶導航、水下作業、水文測量和海底地質地貌的勘測等。

茫茫大海充滿了秘密，利用聲吶可以發現不少秘密：比如古代沉船、飛機殘骸、暗礁石等，著名的泰坦尼克號沉船(當時觀察冰山基本是靠眼睛)就是首先被聲吶發現的，我國打撈明代沉船“南海一號”也利用聲吶技術，取得了很大成功。

科學技術的迅速發展，陸續出現了數字化、計算機化、多功能的新型聲吶，隨著聲吶的識別能力越來越精細，應用范圍越來越廣泛，人們幻想的“大海撈針”將成為現實!

責任編輯 程 哲