海洋科技季刊
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『水下偵測專輯』
目  錄 封面
水下偵搜∼由鐵達尼號談起
單波束測深儀系統
水下偵測之關鍵參數∼海洋環境噪音
水下光纖聲感應監聽系統簡介
淺談水下量測電聲換能器互易校正法
物體塗覆對反射反穿透聲場之影響
訪中華電信公司陳董事長堯談中華電信公司之蛻變及我國參與國際海纜之現況
參加第一屆IEEE海洋工程學會∼1998海下技術研討會報導
訪問基隆港務局韓局長德安談盎滿活力基隆港之營運與未來之展望
蘇澳港防波堤損壞現況之調查研究
水下攝影的理論與實踐(二)
海洋及水下科技季刊八十七年度第八卷第二期封面


水下偵測∼由鐵達尼號談起
(第八卷第二期-特訊)
摘要

 兩年前起,有關鐵達尼號沉船的故事又在歐美掀起了波濤。到了今年,藉著好萊塢電影 <鐵達尼號> 將鐵達尼熱(Titanimania)在全球推到了高峰。人們沉醉於劇中羅曼蒂克的愛情故事,而淒豔的歌聲更為冰冷海洋的殘酷面上了偽裝。畢竟船沉人亡,船上喧嚷的人聲終被劃了了無聲無息的句點。下面這段話對當時的情況描述得最為傳神:

“The sound of people drowning is something I cannot describe to you.  And neither can anyone else.  It is the most dreadful sound.  And there is a dreadful silence that follows it.”  --Eva Hart, survivor.  “不論我或是任何人都無法向你描述出那種溺水人的慘呼聲。那是種至極可怖的聲音。之後,就是可懼的沉寂。”


作者:馬幼俠/中正大學地震研究所教授

單波束測深儀系統
(第八卷第二期-水下偵測專輯)
摘要

 本文論述利用單波束(Single Beam)超聲脈衝回波,測量水深的基本工作原理,並介紹我們研發測深儀所採用之微處理高速採樣處理方法,及建構在PC上之高解析繪圖顯示與紀錄儲存功能。

 主動回波測聲(echo sounding)與聲納儀具,長期來為海上航行船隻貢獻良多。單波束測深儀(single beam echo sounder)有著不良的方向性準確度,往往僅能於船艦正下方量測,而複雜的多波束聲納糸統可解決方向性問題,更可達高解析度及寬廣測量範圍,但其花費則是高昂的,需百萬台幣以上。單波束測深儀價位則在數拾萬元以下,廣為一般船隻所採用;本文將介紹單波束測深儀的工作原理及功能。

 測深儀依功能可分兩類型:探測底質的測深儀(survey echo sounder),與探魚群用的魚探機(fish school finder),兩者工作原理相近,所不同在前者強調水深(底)量測,一般具有較強發射功率,測深1000公尺以上,有水底底層鎖固(bottom lock)、底層鑑別(bottom-discrimination)與大型水深數字等顯示功能,另配有水深資料記錄儲存裝置;信號處理著重於程控增益補償(TVG)。而魚探機則強調可變換水深區域(Variable Range Marker VRM),與區域縮放(zoom)等顯示功能;信號處理著重於時間衰雜訊減抑制上。

 本文提出一種以微控器(microcontroller)高速採樣,數位化全程回波信號;以軟體方式處理可編程定時、計時、測距,調整發射功率、增益、程控增益,及處理雜訊抑制消除等功能。在顯示部份,採用個人電腦(PC)之高解析度顯示器及高儲存容量,將測深資料完整清晰顯示記錄下來,並由PC來輸入控制各參數,使系統具有很大的靈活性和實用性。


作者張俊隆/中科院萬象館副研究員

   曾亞昶/中科院萬象館助理研究員


水下偵測之關鍵參數∼海洋環境噪音
(第八卷第二期-水下偵測專輯)
摘要

 基於聲波在水中的良好傳遞特性,聲納系統於是成為探索水下世界的主要工具,無論是水中目標物的偵測、定位、辨識、及控制,幾乎都圍繞在聲納的應用上。但如同其他換能器一樣,聲納系統所接收的訊號難免受到其他雜訊的干擾,而降低其偵測能力。這些雜訊包括儀器本身的電子干擾、量測平臺的自發噪音、及水下環境噪音等,其中又以水下環境噪音最難掌握。水下環境噪音或稱背景噪音,顧名思義是在海洋聲學量測環境中,難以確認的噪音源所產生的綜合雜訊。在過去環境噪音並未得到足夠的重視,主要因為各類船舶或水中目標物產生的噪音遠高於環境噪音,而且構成環境噪音的機制十分複雜,幾乎無法加以控制或預估。但在今日振動噪音減量技術精進的情況下,目標訊號的強度不斷降低,因此環境噪音對聲納系統訊雜比的影響也就日亦顯著。所以為了提高聲納對微弱目標訊號的辨識能力,就必須對水下環境噪音有進一步的了解,甚至建立完整的預估模式。

  由於早期聲納系統的粗糙及研究動機的缺乏,海洋環境噪音一直到第二次世界大戰期間,美國海軍因為聲學水雷 (acoustic mine) 的發展,才對海洋環境噪音展開第一次大規模的調查。這次調查的目標在收集美國境內重要港灣附近海域的環境噪音資料,以建立聲學水雷觸發機制靈敏度設計的基準[1]。著名且廣為參考的”Knudsen Curves”,即在此一時期由V. O. Knudsen領導下所完成[2],他們記錄的數據為海洋環境噪音與海面風速或海況,建立了初步的分析基礎,也為後續的量測與研究提供了良好的典範。本文將介紹環境噪音的特性,並整理過去以來的相關研究,以期對國內此領域的研究,略收拋磚引玉的功效。

作者:魏瑞昌/國立中山大學海下技術研究所助理教授

   陳琪芳/國立台灣大學造船及海洋工程學研究所副教授

   林志銘/國立台灣大學造船及海洋工程學研究所研究生


水下光纖聲感應監聴系統簡介
(第八卷第二期-水下偵測專輯)
摘要

 臺灣四面環海,對外貿易更是我國經濟發展的命脈,為了海運及國防上安全,在適當的海域佈放水下聲感應系統,實為國防上不可或缺的一環。

 近幾年來,光纖在通訊上的應用發展一日十里,其在越洋通訊上的優越性,更是傳統電纜所不能雍其項背。光纖在感測上的應用,近來也進步神速,本文將簡介水下光纖聲感應系統。

 近年來,水下光纖傳輸技術及光纖感測列陣技術的發展極為迅速,將這些技術運用在水下聲感應系統上,具有許多傳統水下聲感應系統所沒有的優點。它同時具有訊號傳輸及感測功能,可使系統簡單化。傳統的水下聲感應系統,其水中聽音器大多為傳統壓電式,易受電磁干擾,且所使用壓電陶瓷之電容性,會造成聽音器在低頻時具有較大的雜訊。傳統系統在水下有許多主動式電子元件,損壞的機率相對提高許多。在聲學偵測訊號處理上,利用波束形成(Beamforming)的技術[1,2],可提高訊號雜訊比及方向解析度,大幅改善監聽偵測的能力。一般水下監聽偵測關鍵性技術建立包括有:

1.光纖水下聲感應器系統。

2.聲學偵測信號處理系統。

3.水下監聽列陣系統海洋工程。


作者:洪碩鍵/中科院萬象館助理研究員

淺談水下量測電聲換能器互易校正法
(第八卷第二期-水下偵測專輯)
摘要

 水中信號傳播及接收需靠電聲換能器,互易校正法可以正確地量測換能器的發射響應及接收靈敏度,本文簡單敘述電聲換能器的量測方法之一互易校正法。

 由於電磁波及光波在水中傳遞衰減很快,不適合在水中傳播信號,而聲波最容易在海水中傳播,因此水中聲學被廣泛地應用在海洋工程學上。

 水中聲學最主要的課題之一為電聲互換,即將電能轉換成聲波在水中傳播出去,或將聲波轉換成電訊號加以分析應用,這種能量互換的過程,就必須使用電聲換能器(transducer)。電聲換能器應用於聲納,可作反潛偵測、導航定位、測深、水中通訊、探油、魚群探測、地層探測等,因而電聲換能器必須作功能特性校正,一般校正換能器,可用比較法、脈波法及互易校正法,本文說明互易校正法(reciprocal method)。


作者:鄧盛東/中科院萬象館副研究員,國立成功大學物理碩士


物體塗覆對反射反穿透聲場之影響
(第八卷第二期-水下偵測專輯)
摘要

 本文之主旨乃是在介紹一極有潛力之聲學應用材料”手徵材料(Chiral material,又稱為旋轉材料)”的聲學特性及其應用於水中塗覆材料之可行性。手徵材料可以是在一般的天然橡膠或環氧樹脂類母材中,植入具有旋轉特性的微結構,例如小彈簧或具有長鏈狀的纖維等,因而形成一非中心軸對稱之等向性材料(Noncentrosymmetric isotropic solid),這種材料在座標旋轉中具有等向性,但在反轉時則否,故聲波在其中傳遞時,存在六個互相獨立的波式,其中兩組為非色散性縱波(Nondispersive longitudinal waves),另外四組則為色散性橫波(Dispersive transverse waves)。由其橫波之色散方程式(Dispersion equation)可以觀察到手徵材料的一個重要特性,即其頻譜中同時存在兩個轉移頻率,分別為90Hz 及12kHz,當工作頻率處於該二轉移頻率之間時,橫波中的四個圓形極化波方能被明顯區分。若將此一特性用於兩個半無限體界面的波傳問題時,則由液體—手徵材料的例子中可以發現,在其反射及穿透聲場裡面所傳播的縱波、垂直橫波(SV-wave)、及水平橫波(SH-wave),都耦合在一起而形成複雜的波式轉換及極化偏轉問題。而當手徵材料用於水下塗覆材料時,即可因其具有前述之波式轉換及極化偏轉特性,而具有較傳統材料為優的吸音效果。


作者:楊旭光/國立中山大學機械系副教授

   夏紹毅/永達工商專校機械科副教授


訪中華電信公司陳董事長堯談中華電信公司之蛻變及我國參與國際海纜之現況
(第八卷第二期-專訪)
摘要

 本副總編輯、海洋大學張順雄教授、編輯委員簡連貴教授及編輯曹威一行,五月十一日訪問中華電信公司陳董事長堯。從中華電信公司董事長室羅秘書給我們的資料顯示,陳董事長,民國二十三年三月出生於彰化農家,先後在彰化工職、成大企管所、以半工半讀方式完全學業,民國五十年高考企管優等及格五十七年獲首屆甲等特考企管人員優等及格。

 陳董事長是於民國五十年二月進入當時台灣電信管理局工作,歷任台灣電信管理局業務副工程師、業務工程師、電信總局人事室主任、副總視察、研設會執行秘書、通信處處長、總視察、研設會副主任委員、台灣中區電信管理局局長、電信總局副局長、局長、八十五年七月擔任中華電信股份有限公司公司董事長。


作者:許盛隆/榮民工程公司行政處副處長


參加第一屆IEEE海洋工程學會∼1998海下技術研討會報導
(第八卷第二期-報導)
摘要

 IEEE海洋工程學會所主辦之1998年海下技術研討會於4月15至17日在日本東京舉行,此次會議是第一屆舉辦,主題是全球之海下環境研究,共有來自全球包括中華民國、日本、中國大陸、美國、英國、法國、俄國、澳洲,等十四個國家之專家學者,齊聚於東京New Sanna Hotel 舉行三天,會議分二個議事廳同時進行,總共有22場,共80餘篇著作在研討會中發表,是海下技術界的盛事,目前從事海下技術研發主要國家內各海下研究機構、學校或公司都有相關人員參與,參加此次研討會籌備的機構包括我中華民國海下技術協會(Chinese Underwater Technology Association ) 日本海洋技術中心(Japan Marine Science and Technology ) ,海洋聲學會(Marine Acoustics Society ) ,美國國家科國委員會( National Science Foundation)等14個機構,海下技術協會早在86年6月就已接到主辦單位之邀請參與籌備工作及派團參加,故我海下技術協會之團體會員中,包括台灣大學造船所、中山大學海洋學院,海洋大學理工學院等,都有教授參加,其他與會人數較多者包括地主國日本、美國除了學術界、工業界人士外,尚有與國防研究相關之研究單位及研究人員參加,此外大陸方面,上海交通大學及哈爾濱工業大學亦有數位教授與會。


作者 :杜筑奎/中原大學資訊系教授

訪問基隆港務局韓局長德安談盎滿活力基隆港之營運與未來之展望
(第八卷第二期-專訪)
摘要

 本協會理事--基隆港務局韓局長德安先生,多年來對本會協助一向不遺餘力,且基隆港務局亦為本協會之團體會員。為因應未來我國加入世界貿易組織(WTO),商務往來及船務需求量勢必擴增,且為配合未來台灣成立亞太營運中心之需,本刊特開闢有關港務局之糸列報導。首站開往台灣最北端天然良港---基隆港,請韓局長就本主題--「盎滿活力基隆港之營運與未來之展望」作深入之訪談。今將全文整理於下,以嚮本刊全體會員及讀者。 


作者:張順雄/國立海洋大學電機系教授 

蘇澳港防波堤損壞現況之調查研究

(第八卷第二期-技術研究)
摘要

 本研究係針對蘇澳港南、北外廓防波堤及漁港北外堤破壞情形作一全面性調查。結果發現除除南外廓防波堤SB19、SB31沉箱和漁港北外堤FNB8、FNB9沉箱嚴重損毀外,南北外廓防波堤SB23沉箱海側側牆亦發現一6公尺高20公尺寬之巨大破洞,影響防波堤結構安全甚巨。建議除對已損毀或有缺陷部份應立即予以修補外,在不危及結構穩定平衡原則下,可考慮增加沉箱海側側牆厚度或採灌漿固結工法,防止沉箱內部填充材料繼續流失及建立監控系統,蒐集海氣象資料,確實掌握波浪等外力作用及沉箱內部土壓、水壓變化,以作為平常檢查管理或日後工程新建參考。 


作者:柯正龍/港灣研究所港工材料組助理研究員

   饒 正/港灣研究所港工材料組副研究員兼組長

   陳桂清/港灣研究所港工材料組副研究員

   邱永芳/港灣研究所海岸工程組研究員  

水下攝影的理論與實踐(二)

(正確的曝光與底片的選擇)

(第八卷第二期-海下技術講座)
摘要

 正確的曝光是高品質相片中不可缺的要素之一。何謂正確的曝光?簡單的說就是攝影者心中所想的曝光狀態並且精準無誤的重現。也就是說曝光正確與否僅能由攝影者自行判斷,旁人實無法評論。所以本單元的目的在於使各位瞭解曝光值測定的機制及此機制與成像之間的關係,並知道哪再和各位探討一下有關底片的特性、選擇及保存等特性,以期可提高成像品質進而達到心所想、立可拍、即可得的理想曝光境界。


作者:朱雲瑋/省立鳳山高中攝影社指導老師

       國立中山大學海洋科學研究中心研究助理  

 

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