基于声辐射模态讨论声能量辐射与传递

声辐射模态表示了振动声源表面的辐射模式。基于声辐射模态讨论了振动声源表面声能量辐射和声场中声能量传递的性质,给出声能量辐射和传递的模式。采用表面声强描述振动声源表面的声能量辐射,采用声强描述声能量在声场中的传递。表面声强和声强可分解成两部分,一部分将辐射的声能量传递到远场;另一部分表现为振动声源与声场之间的能量交换。针对矩形板分析了声能量辐射和传递,数值计算结果与理论结果一致。结果表明基于声辐射模态讨论声能量辐射与传递是可行的和有效的。     

中频声振耦合的波函数统计能量法

为了提高中频声振耦合的计算效率,提出了波函数-统计能量法的结构-声学耦合方法,该方法从波动理论的角度出发,将波函数法(WBM)和统计能量法(SEA)结合,通过在耦合面分别施加声压激励和速度边界条件,推导了耦合面参数理论计算公式。将该方法用到长方体声腔和钢板耦合的模型中,并对100~1000 Hz的计算结果进行了实验验证。WBM-SEA模型与参考FEM-SEA模型以及实验模型的频响曲线对比结果表明,WBM-SEA与FEM-SEA以及实验结果吻合很好,验证了混合WBM-SEA的有效性。通过收敛性分析发现混合WBM-SEA方法计算时间比混合FEM-SEA方法更少。从而可以得出结论:混合波函数-统计能量法方法对中频声振耦合预测是有效的,且比FEM-SEA更加高效。      

激光作用下薄膜中的电子-声子散射速率

激光功率密度达到太瓦级时，光学激光薄膜破坏中雪崩机制占主导地位. 研究雪崩破坏机理，必然涉及到电子吸收激光能量的速率和电子损耗能量的速率，这些都与电子和声子的散射有密切的联系. 所以，电子受到的散射速率是研究雪崩机制的前提和基础. 本文分析了截断散射声子波矢对散射速率的影响，得到散射速率与电子能量的依赖关系，与其他理论及实验结果一致. 同时还对耦合参数进行了修正，得到了依赖声子波矢的耦合参数，修正结果表明在不改变散射速率与高能电子能量依赖关系的基础上，散射速率整体降低了. 关键词： 激光 薄膜 电子 声子     

铜薄膜电子-声子耦合系数的实验研究

电子元件的超微型化和高集成化,对金属互连线的导热性能提出极高的要求;同时,新型高性能光电材料的开发,又需要尽可能降低受光激发电子与声子之间的耦合。电子、声子的相互作用,对于能量转换与传递过程微观机理的研究至关重要。这些载能粒子的作用时间都在飞秒-皮秒量级,本文采用飞秒激光瞬态热反射方法,对铜薄膜中微观粒子作用过程进行了飞秒量级的实验研究。通过对实验系统精细调节,得到了理想的信号曲线,在此基础上测量了不同泵浦光功率下沉积在硅基底上厚度为60 nm铜薄膜的电子-声子耦合系数,测量结果为(11～12)×10~(16)W/(m~3K),和理论值14×10~(16)W/(m~3K)较为接近,并且不随泵浦光强发生变化。     

激光声信号的频谱特性

构建了激光声实验测量系统,利用脉冲激光聚焦击穿水介质产生声信号,由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。分析了激光声信号的时频域数学模型,实验研究了激光声信号的频域能量分布,以及激光器重复频率和激光声信号频谱特性的关系。结果表明:激光声信号能量主要集中在200 kHz内,其中100~200 kHz内的能量所占比例约50%。激光声信号的幅频响应极大值点可以受到激光器重复频率的控制。     

四阶声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响特性

对四阶声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响特性进行了详细的理论和实验研究.在已有的低频集中参量模型中引入了一个机械声阻,用于描述系统的机械损耗,从而得到了改进的声学等效电路.相位频响特性对于光纤水听器的阵列应用非常重要,关系到阵列的波束形成效果,进而影响系统定位、识别与跟踪目标的能力,因此在分析幅度频响特性的同时研究了相位频响特性.仿真分析了各主要参量对声压传递函数的影响,得到了一些对声低通滤波光纤水听器设计具有重要指导意义的结论.实测声压灵敏度频响曲线与仿真结果基本一致,较好地验证了理论分析的正确性.四 关键词： 光纤传感器 光纤水听器 声压灵敏度 低通滤波器     

用阶跃法测量光声成像系统的点扩展函数

从理论上证明了光声成像系统的点扩展函数是边缘响应函数的一阶导数,提出了用阶跃法测量光声成像系统的点扩展函数,用染色琼脂对本方法进行了实验验证,理论计算结果和实验测量数据有很好的一致性,为复杂光声成像系统提供了一种简单实用的点扩展函数测量方法。     

压电光声技术检测非均匀材料热物性的理论研究

利用压电光声技术研究了测量非均匀材料性能的理论和实验方法,通过两种基本的数学变换,得到了非均匀材料和相邻介质的温度场的表达式,进而在非均匀材料的热扩散率按指数规律变化的前提下,得到了非均匀材料温度场的解析表达式。根据压电光声检测理论,得到了非均匀材料的压电信号的解析式,这样即可通过压电光声检测系统,在不同的频率下测得非均匀材料的光声信号,通过最小二乘法的非线性拟合,确定出非均匀材料热扩散率的分布。该方法具有计算量小、实验简单等特点,并给出了有关的理论模拟和实验结果,验证了理论的正确性。     

流固耦合声子晶体管路冲击振动特性研究

流固耦合管路系统广泛应用于各种装备中,通常用来传递物质和能量或者动量.由于流固耦合效应,管壁在流体作用下易产生强烈的振动与噪声,对装备安全性、隐蔽性产生严重影响,甚至造成严重破坏.流固耦合管路振动抑制需求迫切,意义重大.声子晶体可以利用其带隙特性抑制特定频率范围内弹性波的传播,在减振降噪领域具有广泛的应用前景.本文基于声子晶体理论,研究了流固耦合条件下的布拉格声子晶体管路冲击振动传递特性.将传递矩阵法和有限元法相结合,计算了能带结构与带隙特性,重点考虑了流固耦合效应下,不同冲击激励条件下声子晶体管路振动特性,分析了流固耦合对声子晶体管路振动传递特性的影响.研究结果为流固耦合条件下管路系统的振动控制提供了技术参考.     

基于传递矩阵法的热声发动机频率设计计算

介绍利用传递矩阵法计算热声发动机的工作频率的思路和方法。理论分析表明该方法是切实可行的 ,和其他方法得到了相互的印证。利用该方法的计算结果和已发表的试验结果进行了对比分析。研究结果表明 ,相比已有的计算方法而言 ,传递矩阵法更加简单直观 ,方便于采用计算机编程计算复杂结构的热声系统的工作频率。     

二阶声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响特性

信号混叠是基于光纤水听器的现代声纳系统走向应用必须解决的一个关键问题.初步的实验结果已经表明,声低通滤波光纤水听器是解决信号混叠问题的一种简单且行之有效的方案.基于电一声类比理论,建立了声低屯瞬ü庀怂鞯牡推导胁瘟磕Ｐ?利用电路分析的方法对其频响特性进行了研究.结果表明,这种光纤水听器系统与典型的二阶低通滤波电路具有相似的频响特性.为了验证理论分析的正确性,设计制作了一个简单的声低通滤波光纤水听器,并在驻波罐中对其声压灵敏度频响特性进行了测试,实验结果与数值计算的结果基本吻合.该光纤水听器低频响应非常平坦,声压灵敏度约为-141 dB,测量共振频率为985 Hz,与理论值1270 Hz基本一致.共振频率处的声压灵敏度为-126.8 dB,衰减速率约为20 dB/倍频程,3000 Hz以后的灵敏度衰减幅度大于20 dB.     

脉冲微波辐射场空间分布的热声成像研究

微波热声成像技术具有非侵入式、高对比度、高分辨率和低成本等优点而日益受到重视, 基于以上特点该技术有望发展成为早期乳腺癌常规或者辅助筛查手段. 本文基于脉冲微波热声成像系统, 利用软件仿真和对装有饱和盐水的塑料管阵列进行三维热声成像, 对脉冲微波辐射场的空间分布进行了理论和实验研究, 其中: 塑料管阵列为直径3 mm, 间隔8 mm的9×9方形结构. 仿真和实验结果表明距离天线越远脉冲能量覆盖范围越大, 能被有效成像的塑料管数目越多; 塑料管阵列的热声成像结果为3.1 mm直径, 7.7 mm间距. 本文验证了微波热声成像技术对脉冲微波辐射场空间分布的成像能力, 对解决定量热声成像技术中微波场能量分布不均匀问题的研究具有重要意义.     

空间有源消声的声能量流研究

本文从理论和实验两个方面对平面噪声场中单极子次级源、偶极子次级源最小辐射声功率时的空间产能量流作了研究，从而直观、清晰地描述了一种消声机理：有源声吸收。并指出：尽管此时次级声源是“能量吸收”结构，但依然存在空间能量转移现象，而且并非各种类型的次级源在各个方向都吸收声能量，次级源各个方向吸收的能量大小也是不同的。实验结果与理论分析相吻合。     

声表面波介质表面受力条件下的波速变化研究

为了计算力负载直接作用在声表面波传播表面时波速的变化特性,通过有效材料系数将负载引入,并用广义Green函数计算声速,得到了数值计算的结果,并用声表面波谐振器进行了实验.实验结果表明,将力负载直接加载在声表面波的传播表面时,波速变化量和力负载大小近似为线性关系,该加载方式下,实验中声表面波谐振器的谐振频率对外加质量负载有较高的灵敏度,可达1900 Hz/g.     

新型声表面波电流传感器*

将声表面波技术的快速响应特点与磁致伸缩薄膜的高磁敏特点相结合,可实现一种快速、高灵敏、稳定可靠的新型电流检测技术。传感器由双通道差分式振荡器与沉积在传感通道器件表面的声传播路径上的磁致伸缩薄膜组成。该文基于分层介质中声传播理论及磁致伸缩效应,对声表面波电流传感机理进行了分析,以实现对传感器结构的优化设计。实验研制了采用铁钴(FeCo)薄膜的声表面波电流传感器,测试结果表明,该传感器具有快速响应和高灵敏特点。为抑制磁致伸缩薄膜自身的剩磁效应所带来的高磁滞误差,采用的有效途径是将沉积的磁致伸缩薄膜进行图形化设计。实验结果表明,采用栅阵化FeCo薄膜结构的传感器表现出更高检测灵敏度、更好线性及更低的磁滞误差。     

去偏光纤陀螺轴向磁场问题的理论研究

运用琼斯矩阵，对去偏光纤陀螺轴向磁场灵敏度进行研究.基于单色光分析了轴向磁场产生的法拉第非互易相位差的机理，理论推导了实际的非互易相位差，给出仿真结果、分析结果和实验结果，并提出减小轴向磁场作用下的Faraday非互易相位差的主要方法是使得两个消偏器的45°误差之和(θ3+θ4)→0.     

机翼颤振的有源声控制

借助于己推导出的声激励下绕三维薄翼的非定常位势流的精确解，本文进一步分析了限于弱扰动的声激励消除颤振的机理，讨论了声源参数对颤振边界的影响，并通过声一涡耦合的理论计算，解释了原有的风洞实验。结果表明，对于不同位置的声源，声致气动载荷的无环量和有环量部分起着不同的作用，而且，在声控制颤振的过程中，系统的各种参数存在一定的关系，必须合理地选取最佳参数。本文的研究为声控制技术在气动领域中的实际应用提供了理论基础。     

基于伴随格林函数法射流噪声的研究

本文采用声类比法探讨了射流中小尺度湍流远场噪声特性.此声类比理论基于线化欧拉方程及声源互易原理,建立了关联声源和远场声压的伴随格林函数,适于声波折射现象及小尺度湍流噪声计算.声场的边界采用完全匹配层边界条件,有效地避免了声波产生数值反射.为减小频散及耗散误差,时空导数均采用高阶预测-校正格式离散控制方程.计算结果与前人的实验相一致.     

液体粘滞系数对声低通滤波光纤水听器声学特性的影响

理论和实验研究了液体粘滞系数对声低通滤波光纤水听器声压灵敏度频响特性的影响.为了更好地描述声低通滤波光纤水听器的声学特性,在已建立的低频集中参量模型中,引入了一个用于描述系统机械损耗的参量,即机械声阻,从而得到了改进后的声压传递函数表达式.仿真结果表明,粘滞系数主要影响共振频率附近的响应,随着粘滞系数的增加,共振频率基本不变,共振峰值迅速下降.利用蓖麻油粘滞系数随温度变化较大的特性,在充油驻波罐中测试了不同温度下声低通滤波光纤水听器的声压灵敏度频响,结果与仿真曲线基本吻合,较好地验证了理论分析的正确性.     

氧化铟锡薄膜的磁感应热声分析

基于优良导体在磁场下的涡流效应理论和固体的热声效应理论,建立了氧化铟锡(ITO)导电薄膜磁-热-声效应的理论模型,推导了导电薄膜热致发声的温度振荡和输出声压表达式。对有基底的ITO导电膜进行了磁场下的热声理论计算和实验测试,结果表明：薄膜的温度振荡值随频率呈上升趋势,与电-热-声模型相比趋势相反;薄膜声压的理论值与实验值在频域内的变化趋势基本吻合,验证了理论模型的正确性。进而,根据磁-热-声的理论模型,分析了线圈相关参数对薄膜声压级的影响,结果表明：薄膜声压级随着线圈匝数的增加而增大,随着薄膜与线圈中心距离的增加而减小,随着线圈半径的增加而减小。文中的研究结果拓展了导电薄膜在扬声器等领域的应用。