气爆声源装置在水下安防中的应用

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　　1 概述

　　[1]“9·11”恐怖袭击事件，丰富了传统意义上的恐怖袭击方式。目前世界各国对来自空中和地面的恐怖袭击，已有了较为成熟的应对措施，但对较为隐蔽的水下恐怖袭击，世界各国还没有严密的防控手段，是反恐的薄弱环节。据资料显示，目前，国内外对重要港口或特定水域所采取的安防措施，大多是在水下布置声纳，进行全天候监视，当发现可疑目标，通常采取的处理方式是: ①派出潜水员或水下蛙人进行侦查; ②布放水下机器人进行侦查; ③释放训练有素的海洋动物，如海豚等，对疑似目标进行干扰。这些方法虽可在一定程度上对水中可疑物进行侦查与处理，但也有不足之处: 如水下漂浮物脱离探测声纳的探测范围就难以迅速搜寻到; 潜水员或水下蛙人在水中的运行速度较慢等问题。

　　2 气爆声源机理简介

　　气爆声源是产生声频、次声频物理场的一种声换能装置。它是利用空气压缩机作为动力源，为气爆声源提供高压空气。当高压空气进入气爆声源内部储气室，并达到一定压力值时，其上配置的电磁阀接收电信号并开启，此时高压空气迅速向水中释放，形成大量的气泡，气泡在水中脉动产生次声和声场。这种气爆声源的特点是间歇性向水中释放气泡，从而产生脉冲声波。为使气爆声源输出不同的工作频率，仅需将声源的气体释放口设计成不同的尺寸，这样输出的中心频率就不同，但频谱宽度均可在几赫兹至几千赫兹之间。

　　气爆声源，其本质是将内部充入的高压空气，瞬间释放到周围水域，从而发出巨响。其发出的脉冲振幅与储气容积、空气压力以及布入水下的深度有关。对于水面下给定的压力、深度来说，气爆声源信号的峰值振幅和气泡振荡周期与气枪内的空气容量的立方根成比例，即:A～V1/3。气爆声源信号产生的机理，简单地说就是气枪激发在水中产生一个振荡的气泡。由于气枪激发时汽缸内部的气压远远高于外部水的压力，这种压力的差异在水中产生一个振荡的气泡，并使气泡快速膨胀，最初的气泡膨胀就产生了相关的宽带地震脉冲，同时向周围水域辐射出几赫兹至几千赫兹的宽带噪声。

　　3 声源信号对哺乳动物及人类的影响

　　据报道，海洋哺乳动物作为一个群体，其官能听力范围在10Hz～200kHz之间，研究表明，频率在500Hz及以上的声源，对所有的海洋哺乳动物有潜在的影响，只有极少数物种，低频声源对其有明显影响。另有试验研究证明，气爆声源发出的声波，对海洋哺乳动物听力造成的损害程度，相对陆生哺乳动物来说要轻的多。对于窄波段震源，如海豹类特殊海洋动物，接受识域在8～140dB 时，会造成其听力损伤。