钻井泥浆声传输函数、衰减和声速的测量

本文选用四种不同的钻井泥浆,测量了它们的声传输函数、声速以及声衰减随温度变化等声学特性。结果表明:在测量频段为0.8MHz—4.0MHz范围内,钻井泥浆的声传输函数中衰减系数α与频率的一次方成正比;在上述频段内,泥浆的声速较为稳定,不发生频散现象;选择一种完井液泥浆,从室温28℃加热至50℃,在它由50℃降温至41℃过程中,其声衰减急剧增大;再由41℃降温至28℃,声衰减逐渐减弱;在温度为41℃时声衰减最大,在室温附近声衰减趋于恒定。     

猪的新鲜离体软组织的超声衰减和速度

本文使用脉冲插入取代法测量了猪的6种新鲜软组织(血管、脑、肾、心、脾及肝)的超声衰减和传播速度。在37℃下,6种软组织的超声衰减系数a_s与频率a_s-f~n之间均满足幂函数关系。在所研究的l—13MHz频段内,n值在0.96—1.39之间。六种软组织的超声速度均表现出微量但颇为明显的频散现象,在5—13MHz频段内平均频散量为0.11—0.38m/s.在7一37℃温度范围内对脑组织超声衰减和传播速度的研究表明:声速(1MHz)随温度单调上升,变化趋势与水中声速类似。声衰减(1、3、5MHz)则随温度上升而下降,但对较低频率,下降的速度变缓。6种软组织的声速值(5MHz,37℃)近似地与它们各自的总蛋白含量成正比,蛋白含量每增加1％约使声速升高2.9m/s。     

国产塑料的高频声学特性

在10℃—50℃温度范围内和0.8MHz—5MHz频段,测量了有代表性的十几种国产塑料的声学特性。结果表明:在所用温度和频率条件下,声速与温度之间,衰减系数与频率之间,均呈良好的直线关系。     

原油中声衰减和声速的温度特性的测量

原油是一种混合物。它的一些性质随温度而变，如原油的声衰减和声速都是温度的函数．本文使用一个换能器发射声波，另一个换能器接收声波，在实验室内测得12t－80℃之间的声波幅度值，利用插值算法，求出该温度范围内原油声衰减的温度特性曲线；利用线性拟合算法，求出原油声速的温度特性曲线。结果表明：随着温度的升高，原油的声衰减和声速都呈下降趋势，而且测量结果与换能器的灵敏度无关．     

100kHz—10MHz智能超声衰减、声速综合测试仪

本文基于单片机技术,研制了频率范围为100kHz—10MHz的超声衰减、声速综合测试仪。文中声衰减系数的测量是采用两个不同反射脉冲回波序列包络的面积之比——即“面积比值法”来求得;声速的测量是在定距离下,用时差法测出声传播时间,再换算成声速值。     

超声在人的正常与病变组织中的衰减

本文在2—9.3MHz和5—40℃的频率与温度范围内,利用脉冲传输法,测量了五人离体状态下的五种正常组织,和三种病变组织中的超声衰减系数。进而研究了衰减系数同频率与温度间的依赖关系;特别是研究了几种病变组织的声衰减特性;也对超声在同一人体的正常与病变组织中的衰减系数进行了对比,表明:病变组织中的衰减系数比正常组织中的偏大,最后给出了几点实验研究结论。     

兆赫超声衰减、内耗和声速测量装置

本装置用超声脉冲回波与定标指数波形比较的方法测量超声衰减。使用的频率范围是5—55MHz,衰减系数测量范围是0.01—3dB/μs,固体中声速的测量精确度是±0.1％。用本装置测量了纯铝单晶中的内耗。     

垂直载荷下湿玻璃珠样品的声速和衰减测量及非线性声学响应

为了分析垂直载荷下颗粒物质的声速、声衰减系数、谐波非线性等特性,本工作采用飞行时间法测量了不同含水量下声速随压强的变化规律,并利用傅里叶变换法分析了干、湿玻璃珠样品的声衰减和非线性声学特性。结果表明:干、湿玻璃珠样品中的声速、声衰减系数以及谐波非线性均随压强呈幂律变化;湿颗粒样品中随着液体含量增多,声速逐渐增加,超声波透过湿颗粒样品时的能量耗散和非线性逐渐减小。分析原因表明,压强和孔隙流体改变了颗粒之间的接触分布,使得颗粒体系的声速、声衰减以及谐波非线性等特性都随之发生变化。     

超声衰减法测量悬浊液中颗粒粒度和浓度

研究了由颗粒悬浊液中3个频率下声衰减系数测量颗粒粒度分布和浓度的方法。用FFT对测得的1,2和5 MHz 3个频率的声信号进行降噪后得到声幅度和声衰减系数,再根据描述不同频率下声衰减系数与颗粒粒径及浓度关系的ECAH模型,运用Philip-Twomey-NNLS算法和改进Chahine算法求解相关的第一类Fredholm方程,反演出颗粒的尺寸分布和浓度。用该方法对两种不同尺寸体积浓度为5％的玻璃微珠-水悬浊液颗粒进行测量,结果与显微镜法结果吻合。这表明:测量3个频率下的声衰减信号,结合Philip-Twomey-NNLS或改进的Chahine算法,可在较高浓度条件下较准确地测得颗粒粒度和浓度,从而简化了现有的高频率宽频带测量方法。     

两种延迟线玻璃材料的超声衰减

本文应用超声脉冲回波技术,测量了两种延迟线玻璃材料SiO_2和FO_5的超声衰减,给出15K至300K温度条件下、10MHz至250MHz频率范围内两种材料的超声衰减系数随频率和温度的变化关系。实验结果表明。在50K温度附近出现一个大的吸收峰,在150K以上温区衰减系数与频率的关系近似成平方规律。最后,对实验结果进行了讨论。     

利用超声光栅研究声速与液体性质

设计并搭建了超声光栅,观察了激光经过光栅形成的衍射斑纹,测量了声速;并利用超声光栅测定了不同温度、不同浓度的NaCl溶液中的声速,给出了声速-水温和声速-溶液浓度的依赖关系.水的温度每升高1℃,3.974 MHz的超声波的声速增加2.09 m/s,16.574 MHz的超声波的波速增加2.04m/s;声速随着NaCl溶液浓度的增大线性增加,NaCl溶液浓度每升高1%,3.974 MHz的超声波声速增加13.637 m/s,16.574 MHz的声波声速增加11.757 m/s.在此基础上,分析了不同频率的超声波对实验规律的影响,认为不同频率的超声波在相同条件下测量的溶液中声速大小的不同源于测量的随机误差.     

声波在含气泡液体中的线性传播

为了探讨含气泡液体对声波传播的影响, 研究了声波在含气泡液体中的线性传播. 在建立含气泡液体的声学模型时引入气泡含量的影响,建立气泡模型时引用 Keller的气泡振动模型并同时考虑气泡间的声相互作用,得到了经过修正的气泡振动方程. 通过对含气泡液体的声传播方程和气泡振动方程联立并线性化求解,在满足 (ω R₀)/c << 1 的前提下,得到了描述含气泡液体对声波传播的衰减系数和传播速度. 通过数值分析发现,在驱动声场频率一定的情况下,气泡含量的增加及气泡的变小均会导致衰减系数增加和声速减小;气泡的体积分数和大小一定时, 驱动声场频率在远小于气泡谐振频率的情况下,声速会随驱动频率的增加而减小; 气泡间的声相互作用对声波传播速度及含气泡液体衰减系数的影响不明显.最终认为气泡的大小、 数量和驱动声场频率是影响声波在含气泡液体中线性传播的主要因素. 关键词： 含气泡液体 线性声波 声衰减系数 声速     

混合弹性颗粒体系声衰减数值模拟

采用概率统计方法——蒙特卡罗方法,建立一种预测液固两相体系中混合弹性球形颗粒声衰减的理论模型。在单颗粒声散射和吸收的基础上,将连续超声波抽象离散化为大量独立的声子,追踪声散射过程,通过统计接收器探测声子数最终确定声衰减系数。采用数值方法对单一球形颗粒的液固两相体系中声衰减进行预测和比较,确定了该方法的可行性后将该方法推广到混合颗粒体系中,对玻璃微珠/铁粉构成的混合颗粒及多分散混合颗粒体系进行数值研究。结果表明:在体积浓度低于10%时,蒙特卡罗法预测得玻璃微珠或铁粉颗粒声衰减和ECAH,Lloyd和Berry,Waterman等建立的模型结果吻合。对于混合颗粒构成的两相体系,算例中,随着体积浓度增大到10%,声衰减系数随混合颗粒数目比的变化呈现出了非线性的变化,同时颗粒物性也会影响不同组分颗粒对声衰减的贡献,算例中铁粉颗粒比玻璃微珠对声衰减的影响更大。      

5—250MHz超声衰减、声速测试仪

研制了可工作于2—250MHz的超声衰减、声速测试仪,它利用反射脉冲回波列与指数衰减波形相比较的方法测量表达为dB/μs或dB/cm的衰减系数值.可以由电位器刻度盘读数,查衰减系数定标曲线,求出衰减系数值;也可以由选通门电路任意选出反射脉冲回波列中的两个脉冲,送入与本机配合使用的视频脉冲对数差分放大器放大后,由电表指示或在X-Y函数记录仪上自动记录.     

用非饱和三相孔弹模型研究浅层土壤中地震波的传播特性

研究浅层土壤中声波耦合的地震波的传播特性, 用于声波探雷技术的机理分析. 根据浅层土壤具有孔隙度和可压缩性的特点, 利用非饱和三相孔隙介质中的地震波模型, 研究了土壤孔隙度、含水饱和度等参数对地震波传播特性的影响. 计算结果显示: 在给定的参数条件下, 地震波的传播速度和衰减系数均随频率的增加而增加; 纵波的传播速度随孔隙度的增加而减小, 横波的传播速度随孔隙度的增加而增加; 地震波的传播特性随含水饱和度的增加变化比较复杂. 通过对计算结果与已发表实验结果的比较分析, 讨论了解析方法的可行性, 为声-地震耦合机理及其在声波探雷研究中的应用提供了一定的理论基础. 关键词： 声-地震耦合 地震波 孔隙度 声波探雷     

有限入射声束在液固界面声反射的数值研究

采用将有限声束分解为一系列平面波的方法，对液固界面声束的声反射问题进行了数值研究，结果表明，当声束入射角为瑞利疲激角时，反射声速有明显位移；当声束在液固界面“掠射”时，反射声速显著变宽，文中还讨论了束宽对反射声速横截面上声场分布的影响。     

丛聚的含气泡水对线性声传播的影响

含气泡水内气泡的空间分布会对线性声传播产生影响,导致实验结论与理论预测存在较大偏差.为解决这一问题,将准晶体近似引入到自洽方法中,导出了考虑空间分布时多分散含气泡水的等效声波波数.考虑到含气泡水内,气泡间存在小范围的聚集趋势(简称丛聚现象),在此基础上引入Neyman-Scott点过程描述了含气泡水内气泡的丛聚现象.分析发现,丛聚时,声速、声衰减的峰值将受到抑制,并向低频偏移,且抑制和频偏现象会随丛聚加剧而变强;随频率远离峰值段,丛聚对声传播的影响逐渐减弱.此外,考虑到空间分布的统计信息提取对相关研究的精确与否起到重要作用,引入了一种比例无偏估计,通过该方法获得了仿真环境下丛聚含气泡水模型的相速度及衰减系数,该建模及统计方法也可为相关实验工作提供理论基础.     

南海北部负跃层环境下海底参数声学反演

利用2015年南海北部声学实验的实验数据,对海底声学参数进行反演。在综合分析声速起伏及海底模型对海底反演影响的基础上,通过选择等效的海水声速剖面和海底模型,改进了多参量联合地声反演方法,使得其不仅能解决反演中的多值性问题,还能适用于负跃层起伏环境下的声学反演。即当用匹配场反演海底声速和用传播损失反演海底衰减时,如果温跃层内有内波等随机起伏,可使用传播路径上平均声速剖面和单层等效海底进行声场计算。反演得到的海底声速和密度结果与海底采样测量符合较好,拟合给出了海底衰减系数随频率的非线性经验关系式。反演结果可为南海北部声传播规律研究与应用提供海底参数。      

二维圆盘颗粒体系声学行为的数值研究

数值测量了卸载过程中二维单分散圆盘颗粒系统的横波、纵波声速、声衰减系数、非线性系数随压强的变化以及声衰减系数随频率的变化.结果表明,二维(2D)圆盘颗粒体系的横波、纵波声速均随压强呈分段幂律标度:当压强P10~(-4)时,横波、纵波声速随压强的增大而减小;当P10~(-4)时,有v_t~P~(0.202),v_l~P~(0.338).进一步得到其剪切模量和体积模量的比值G/B也随压强呈幂律标度,G/B~P~(-0.502),暗示在低压强下,与三维(3D)球形颗粒体系类似,2D圆盘颗粒体系也处于L玻璃态.水平激励和垂直激励下2D圆盘颗粒系统的衰减系数随频率变化也呈现分段行为:当频率f0.05时,衰减系数不随f变化;当f0.05时,横波纵波的衰减系数α~f;当f0.35时,横波衰减系数α_T~f~2,纵波衰减系数α_L~f~(1.5).此外,竖直水平激励下的2D圆盘颗粒系统的非线性系数和衰减系数随压强也呈现与声速类似的分段规律:当P10~(-4)时,横波非线性系数β_T~P~(-0.230),其余都不随压强变化.当P10~(-4)时,两者均随压强增大呈幂律减小:β_T~P~(-0.703),β_L~P~(-0.684),α_T~P~(-0.099),α_L~P~(-0.105).进而得到2D圆盘颗粒系统中散射相关的特征长度?~*随压强呈幂律标度,当P10~(-4)时,?~*~P~(-0.595);当P10~(-4)时,?~*~P~(0.236).     

沉积物中声速和衰减系数的宽带测量方法

海底沉积物作为海洋波导声传播的下边界普遍存在于大洋中,获知其特性对于准确的声传播和混响建模是十分必要的。为了能够快速而准确地测量沉积物中的声速和衰减系数,提出一种基于脉冲压缩技术的测量方法,对接收信号进行压缩来提取透射波,根据不同厚度样品的透射波来计算沉积物中的声速和衰减系数。该方法不仅可以克服实验过程中经常遇到的多途干扰,而且测量过程简单,可以同时获得测量频带内所有频点的声速和衰减系数,即实现了对声速和衰减系数的宽带测量。在实验室环境条件下,90~170 kHz的测量频带内,测得沙样品中的声速为1710~1713 m/s,衰减系数在56~70 dB/m之间。通过窄带和宽带测量结果的比较可以看出,声速的宽带测量结果与窄带测量结果吻合得较好,而衰减系数在频带后半部分存在较大的起伏。