次声波及其应用

 次声波又称亚声波,是频率低于可听声频率范围的声波,其频率范围大致是10-4Ｈｚ～20Ｈｚ。这种声波人耳虽然听不到,但是可以感觉到它的存在。这种声波在声学范围内还是一个比较新的领域。由于它具有较强的穿透能力,因此具有很大的实践意义。次声波与超声波不同,通常具有破坏作用,是有害的。次声波的研究开始于第一次世界大战期间,在以后的50多年时间虽然少有研究,但人们发现天然次声和人工次声都对人的状况和行为具有强烈的作用。次声波还可以作为一种新式武器,不仅能用来消灭敌人,而且还可以用来摧毁工业和民用目标。     

超声波和超声场

 声波是一种机械波,如果用频率来表征声波,并以人的感觉频率为分界线,可把声波划分为次声波(f<20Hz)可闻声波(20Hz≤f≤20kHz)及所谓超声波,它是指频率大于20kHz以上的声波。一般认为人耳所能听见频率的上限为20kHz。由于超声波的波长短,相同的振幅情况下,质点振动传递的能量就大得多,超声波在传播时就具有了与光传播时类似的特性,可以借助于光学的一些原理来研究它。计算表明,在液体中传播着超声波,其质点振动加速度的幅值可高达重力加速度的上百万倍!波长短的超声波的显著特征是方向性强,这样可用它采集信息,特别是材料内部的信息,因为超声波几乎能穿透任何材料。这对于某些其他辐射能量不能穿透的材料,超声波便显示出其独特的优越性。因之,超声波在工业、医疗等科技领域中有着重要的应用。     

声波中的“小字辈”——次声波

 人们依靠声音传递语言和相互交往,声音帮助我们传递信息、了解世界,它的频率在20Ｈｚ至20000Ｈｚ之间。高于20000Ｈｚ的声波叫超声波;低于20Ｈｚ的声波称为次声波,大家习惯称之为声波中的“小字辈”。虽然次声波看不见,听不着,可它却无处不在。狂风呼啸、火山爆发、强烈地震、枪炮发射、火箭起飞、热核爆炸时,都可发出次声波,科学家借助仪器可以“听”到它。次声波由于振动频率很低,波长很长,传播时能量损耗小,所以它传播的距离很远,能传到几千以至十几万千米以外。     

听不见的声音——次声波

 人耳的听觉范围在20 ～20000 Hz之间，频率高于20 000 Hz的声波叫做超声波，频率低于20Hz的声波叫做次声波，他们都是我们无法听到的声音。下面就简单地向大家介绍一下次声波。     

于无声处“听惊雷”

<正>声音是什么?古人说"耳听之而成声"。其实正常人耳能听到的只是频率在20~20000赫兹范围之间的声波,被称为可闻声波,而20赫兹以下的声波和20000赫兹以上的声波人耳是听不到的,它们被称为次声波和超声波,也被称为不可闻声波。其中次声波是人们不熟悉的,但它却有着奇特的效应,从而成为新概念武器家族中的一员——次声武器。在人们的生活中存在着大量的次声源,大自然的多种自然现象如地震海啸、电闪雷鸣、波浪击岸、晴     

激冲次声信号简正波的分离

由于大气层的不均匀性,次声波分解成不同的简正方式来传播,它们有各自的相速度和群速度。当由一个声学阵接收次声波时,不同的简正波在声阵上产生不相同的时间延迟。本文根据各个简正波的主要能量分布在不同的频率区间,从理论上导出计算简正波相速度的平均数值和平均方位的方法,利用速度滤波估算出各个简正波的频谱,通过Weiner-Hopf滤波,从一个声阵接收到的数据中,估算出空间任何一点某个简正波的波形。最后给出了计算机模拟计算,其结果与理论上设定的十分接近。     

非平衡、非绝热气体中的波

本文探讨了非平衡、非绝热气体中扰动传播的特性。包括弛豫波、压力波、密度波以及热模。基于热扰具有反馈机制的看法,导出了非平衡、非绝热气体中扰动传播的基本方程式和色散关系。由此得到了一些新的结论,例如,扰动能够放大或缓慢衰减,后者为大气中次声波吸收的异常现象提供了一种合理的解释;非绝热能够引起很大的弥散现象;非绝热过程对噪声的传播能够产生显著的阻尼作用等等。此外,压力波、密度波和热模不稳定的结论与气体放电失稳性的实验相符合。 关键词：     

大地震前出现的异常次声波观测研究

研究了一种在大地震前出现的异常次声波,揭示其与地震发生的空间、时间、强度的对应关系.利用CASI-ICM-2011型次声测量传感器在一系列Ms6.0级以上大地震发生前2周以内检测到的一种频率范围0.001 Hz至0.01 Hz的次声波,其特征有:幅值范围50 Pa至200 Pa,持续时间0.5 h至4 h,传播速度10 m/s至30 m/s,震级越高信号越强.通过建立广域次声传感器网络,成功定位了芦山地震前4天出现的异常次声波,以及巴基斯担地震前12天出现的异常次声波.通过对8年时间连续监测数据的分析,研究了这类次声波的出现规律.同时,对其产生机理提出了大地起伏激发次声波的假设,进行了理论论证,并用智利地震测量信号和玉树地震测量信号证明S波可以激发出本地同振的次声波.文中所列举的数个震前异常次声信号的观测结果对于地震预测的信息获取具有参考价值.     

超声效应与超声刀

超声亦称超声波,是指频率高于人类听觉上限频率(约2×104Hz)的声波,其波长范围约为10-2~10-6m。超声波在媒质中传播时,由于声波和媒质间的相互作用,使媒质发生一系列物理和化学变化,也会出现一系列力学、光学、电学、化学等超声效应。超声产生这些效应的基本作用主要有三个:(1)线性交变的振动作用,是由于媒质在一定频率和声强的超声波作用下作受迫振动,而使媒质质点的位移、速度、加速度以及媒质中的应力等分别达到一定数值而产生一系列超声效应。(2)由于超声振动的非线性而产生锯齿波形效应和各种直流定向力(如辐射压力和平均粘滞力等),并…     

毫米波技术

毫米波是波长为 1—10mm(相应的频率为300—30GHz)之间的电磁波.无线电波谱中的长波、中波、短波、超短波、分米波、厘米波的利用已非常普遍,在技术上也已成熟;光波中的红外线、可见光、紫外线.X射线和 射线也已有了许多成熟的应用.但在电磁波谱中的毫米波至今尚没有充分利用,而亚毫米波尚处于开发阶段.虽然早在1895年,莱贝杜(Lebedew)曾利用火花隙发生器产生了毫米波,但这远不是一个可以实际应用的器件.直到第二次世界大战期间才由美国首先制造成了可以利用的毫米波电真空器件——毫米波速调管.五十年代中期和后期,许多国家对毫米波的军…     

次声波在非均匀大气中的超视距传播特性研究

本文基于Nonlinear Progressive Equation (NPE方程)开展了对非均匀大气中次声波超视距传播特性的研究, 通过数值模拟实验对武汉上空四季次声波传播情况以及路径传输损耗进行了模拟, 获取了次声波在非均匀大气中的超视距传播特性. 计算结果表明, 非均匀大气的性质及其中存在的风对次声波传播有明显的影响, 平流层折射与风速和声波传播方向密切相关, 数值模拟结果表明, 当高斯声源主频为0.1 Hz时, 在不同的背景风场传播条件下, 存在着两个反射高度, 其中40 km 高度反射传输损耗约为25 dB, 110 km反射传输损耗约为50 dB. 关键词： 次声波 超视距传播 非均匀大气 平流层折射     

π相移光纤光栅水听器的超声波传感指向特性

π相移光纤光栅因具有较短的有效光栅传感长度,近年来成为了超声传感领域的研究热点.本研究旨在探究π相移光纤光栅作为水听器应用时对超声波的指向性特性.选取π相移光纤光栅作为超声传感单元,先基于分层介质的声传播理论计算出水中超声波入射时光纤纤芯的应变,再运用基于光学耦合模方程的传递矩阵法计算反射光谱得到光波长偏移.将角度-频率空间分为三个区域,计算了声波频率在1—10 MHz时不同角度下的应变结果和光波长偏移响应特性,并开展了实验研究.结果表明,理论和实验结果具有较高的一致性,π相移光纤光栅在超声波垂直光纤入射时响应最大,随声波入射方向与光纤法向间夹角的增加,π相移光纤光栅的声响应先急剧下降,后在水中直达声波和光纤中导波叠加时出现极大值.此外,π相移光纤光栅的声响应随声波频率增加而降低.本研究对π相移光纤光栅在超声传感中的实际应用具有重要意义.     

低磁场过模慢波结构型高功率毫米波发生器的改进

 利用粒子模拟的方法设计了一个高功率毫米波发生器,并对其进行了实验研究及改进。采用过模慢波结构以增大束波作用空间,从而提高功率容量;为实现过模慢波器件的单模、单频工作,选择TM01模的π模作为工作模式。采用过模慢波结构,结合合理的器件结构设计,可降低器件工作所需的导引磁场。实验在TORCH-01加速器平台进行,产生的微波频率由色散线法测量,其功率由远场积分法得到。最初的器件采用矩形波纹慢波结构,得到频率为33.56 GHz、功率约110 MW的微波输出,但功率难以进一步提高,脉宽仅为7~8 ns,且在慢波结构边沿发现击穿痕迹。对矩形慢波结构进行倒圆角处理后,借助数值模拟,发现其TM01模的π模频率变化不大。改进后的器件在0.8 T导引磁场下,当电压和电流分别为590 kV与5.2 kA时,实验得到频率33.56 GHz、功率320 MW的毫米波输出,微波模式为准TM01模,效率约10%,脉宽延长至约13 ns,器件内表面无明显击穿痕迹。     

离子通道电子束回旋脉塞的等离子体波效应

 研究了离子通道回旋电子束脉塞（ICECM）中的等离子体波非线性效应。利用流体理论与自洽非线性理论方法对ICECM中等离子体波效应的微观机理进行了分析。研究发现，等离子体波加强了电子束的纵向群聚，束-波互作用的能量交换效率及系统增益得到明显提高。数值模拟计算表明，对于中等等离子体密度、1.5kA电流和1MV加速电压的电子束，系统能够获得的脉冲功率和频率分别为200MW和280GHz的毫米波束。     

超声多普勒诊断的原理分析

多普勒效应是波在介质中传播时发生的一种物理现象，当波源和观察者相对介质运动时，观察者接收到波的频率和波源发射波的频率是不同的．医学研究和临床诊断中使用的超声血流测量仪、超声心脏测量仪、超声胎心检查仪等设备，就是利用超声波的多普勒效应来检测相应的量．下面我们从物理的角度对超声多普勒仪器的诊断原理进行分析．     

次声波在平流层波导中传播的数值模拟

对次声波在大气中传播进行了建模。通过结合保色散关系空间差分格式和Runge-Kutta时间格式的数值方法,建立了次声波传播模型。应用该次声波模型,研究了在耗散的重力分层大气中次声波的平流层导行传播。数值模拟结果表明,当次声波波包在平流层高度上被反射时,反射区域存在焦散现象,在声波的声压下降的同时,声波的能量得到聚焦。通过数值模拟结果与射线计算结果的对比表明,大气中声波传播的轨迹的精确描述需要应用全波解。      

在等离子体中的简并四波混频——应用于等离子体诊断

所谓简并四波混频[1-3],是指频率相同的二束共线而相反方向传播的激光(第1,2光束)与另一束方向任意而频率相同的探测光(第3束),在具有三级极化率的介质中混频,从而产生频率相同的信号波(第4光束)。它与探测波共线而传播方向相反和相位互为共轭.如图1所示.简并四波混频在实时信息处理和象差补偿等的潜在的实用价值,使许多研究工作者在固体、液晶、金属蒸气和染料等各类介质中进行了广泛的研究[1-8]。 最近,Steel,Lam[9]和作者[10]首先计算了在等离子体中简并和二重简并四波混频的三级非线性极化率,并指出从红外至微波整个波段,等离子体是简…     

胎儿能听见超声波（Ultrasound Scans are Audible to a Fetus）

众所周知 ,超声波是一种超过人们听觉上限的应力波 ,这种波是不能被人们听到的 .但在今年 12月在美国佛罗里达洲ＦｏｒｔＬａｕｄｅｒｄａｌｅ市召开的美国声学年会上 ,来自美国明尼苏达大学Ｍａｙｏ基金会的Ｍ .Ｆａｔｅｍｉ博士却宣称 :处于母亲体内的胎儿能听见超声波 .他在报告中指出 ,按物理学的传统概念 ,超声波是一系列持续时间短、能量却很高的脉冲序列 .如果我们将它作用到人体后 ,它以一种极有规律的节奏撞击人体内的器官 ;当人们将这股脉冲指向胎儿的头部时 ,胎儿的听觉感官就会接收到这种频率达到几千赫兹的振动 .对胎儿来说 ,…     

太赫兹波在雾中的多重散射特性

太赫兹(THz)波作为微波和毫米波的延伸,它所提供的通信带宽和容量远大于毫米波。在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数。结合雾滴粒子谱分布,得到了雾媒质的平均体系散射特性,采用蒙特卡罗法得到了平流雾对THz信号的多重散射特性,计算了THz波段信号对平流雾的透过率与反射率,分析了THz波段信号的前向、后向散射特性随散射角的分布。结果表明,低能见度大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视。相关研究结果对THz在大气传输、通信等方面的应用具有重要意义。     

半无界分层介质表面任意面源激发的弹性波场

研究了半无界层状介质自由表面任意形状的面源产生的弹性波场。首先,我们将层状介质中的传递矩阵理论从二维推向三维空间,在频率域研究了任意面源激发的三维弹性波理论问题。然后,深入研究了Rayleigh波和Love波的激发与传播特性,发现Rayleigh波和Love波的传播速度在与自由表面平行的平面内与传播方位角θ无关,但其激发强度却强烈地依赖于传播方位角θ。最后,我们具体研究了矩形源、无穷长条形源和圆盘激励出的弹性波场,并通过数值计算给出了Rayleigh波和Love波的位移指向性分布图。