空气中声源激发的浅海水下声场传播实验研究

为了了解空气中声源激发的水下声场传播特性,对此开展实验研究。2010年在南海北部海域进行了一次空气中声源激发水下声场实验,在水下成功地接收到远至4km处大功率扬声器在空中发射的脉冲声信号。本文通过分析实验数据,研究空气中声源激发的浅海水下声场传播特点。针对接收阵拾取的声传播信号信噪比低的特点,综合利用脉冲压缩以及波束形成方法提高接收信号的信噪比,得到收发距离1~4km、频率200~1000Hz范围内的传播损失实验值。在理论上,采用波数积分方法进行了声场数据模拟,结果表明理论计算的传播损失与实验结果较为一致。     

空气中声源激发浅海水下声场传播特性的实验研究

为了获得空气中远距离声源激发水下声场的精细结构,2013年3月,声场声信息国家重点实验室在南海海域进行了一次空气中声源激发水下声场的实验。采用汽笛作为空气声源,海底放置水听器作为接收,在实验过程中,发射船由距离水听器2.4 km处行驶至9.8 km。本文对该次实验数据进行分析,获得了收发距离远达9.8 km、频率分别为128 Hz和256 Hz的声传播损失曲线,该曲线随传播距离变化存在清晰的震荡结构.利用波数积分方法计算实验环境下的水下声场理论值,并对获得的声场传播特性进行了较好的物理解释。     

圆管内的偏心声源在圆管内外激发的声场

为了分析环形声波测井、扇区水泥胶结测井以及声波成像测井仪器在套管井内测量的波形,识别套管外界面的腐蚀或串槽情况,研究了偏心声源在圆管内、外激发的二维声场,给出了不同时刻的声场分布图和不同方位角的波形图,分析了不同回管厚度和声速时环绕圆管传播的波,并给出了实验结果。     

空气中声源激发水下声场的水平纵向相关性

声场的空间相关特性是声场的重要特征,对水下探测、水声通讯等各种设备在实际海洋环境中应用的参数选择具有重要意义,是水声工程技术研究的重要基础之一。相比于水中声源激发声场的相关特性研究,空气中声源的相关研究很少。本文推导了空气中声源激发水下声场的水平纵向相关的简正波表达式,并通过数值仿真分析,比较了声源分别位于空气中和水中时水下声场的水平纵向相关特性。对南海海域进行的一次悬挂汽笛空气声源、海底水平阵接收信号海上实验获得的数据进行分析,结果表明:空气中声源位于不同距离时,其发射的声信号激发水下声场的水平纵向相关均存在明显的起伏结构,基于本文提出的空气中声源激发水下声场的水平纵向相关系数的简正波表达式能够较好地解释该现象.     

套管井中相控线阵声源激发的声场研究

利用相控线阵声源的动态声束偏转技术可大大增强套管井孔中有用模式波的幅度。通过实轴积分方法计算了相控线阵声源在多种胶结状况下的充液套管井中的声场,计算结果表明在Ⅰ、Ⅱ界面均胶结良好时随着相控线阵阵元间激励延迟时间的增加,地层滑行纵波和滑行横波的幅度逐渐增强,当相控线阵声源的声束偏转角先后等于地层第一临界角和第二临界角时可使滑行纵波和滑行横波幅度分别加强到最大;在Ⅰ(或Ⅱ)界面存在微环时,单个点声源激发的套管井全波波形中观测不到地层信息,当采用相控线阵声源做发射器时,通过选择相邻阵元间合适的激励延迟时间,可有效地增强地层滑行纵横波的幅度,同时还可较好的抑制套管波的能量。     

循环平稳声场的声源定位研究

旋转机械产生的辐射声场具有循环平稳特性,传统的平面近场声全息技术无法准确反映其调制特性,往往在边频带上出现虚假的能量的分布.采用循环谱密度取代功率谱密度作为重建物理量,则可准确提取循环平稳声场的调制和载波信息.考虑到循环谱密度的计算量以及特征提取的准确性,提出了循环谱密度组合切片分析法,并分析了加性白噪声对重建的影响.仿真分析及实验结果表明,此方法有较强的噪声抑制能力,全息重建的结果可准确反映声源的位置.     

循环平稳声场的声源定位研究

旋转机械产生的辐射声场具有循环平稳特性,传统的平面近场声全息技术无法准确反映其调制特性,往往在边频带上出现虚假的能量的分布. 采用循环谱密度取代功率谱密度作为重建物理量,则可准确提取循环平稳声场的调制和载波信息. 考虑到循环谱密度的计算量以及特征提取的准确性,提出了循环谱密度组合切片分析法,并分析了加性白噪声对重建的影响. 仿真分析及实验结果表明,此方法有较强的噪声抑制能力,全息重建的结果可准确反映声源的位置. 关键词： 循环平稳声场 近场声全息 噪声源定位     

参量声源的源区声场

Westervelt关于两个共线传播波束相互作用的理论结果仅适用于进行远场计算。本文从科研实际需要出发,将这一分析声波之间非线性作用的方法延伸到参量声源的源区内部。     

套管井中相控线阵声源激发声场的实验室物理模拟研究

为了探讨任意胶结状况下的套管井中均能直接并清晰的测量到地层信息的可行性,开展了套管井缩小模型的声波测井实验室物理模拟研究。实验测量了套管井不同胶结状况下相控线阵声源做发射器时的全波波形。通过对相控线阵声源不同偏转角时测量的全波波形分析表明,在Ⅰ、Ⅱ界面均胶结良好时随着相控线阵阵元间激励延迟时间的增加,当相控线阵声源的声束偏转角先后等于地层第一临界角和第二临界角时可使井孔中接收的地层滑行纵波和滑行横波幅度分别加强到最大;在套管井Ⅰ界面胶结差以及自由套管中,仍有效的探测到了地层的滑行纵波和横波信息。此实验结果验证了在任意胶结状况下的套管井中均能直接测量到地层信息的可行性,为开发新一代的套管井相控线阵声波测井仪奠定了实验基础。     

偶极子声源在径向厚度有限的模拟地层井孔中激发的声场

利用实轴积分法对偶极子声源在径向厚度有限的模拟地层井孔中激发的声场进行了数值模拟,考察了不同声源、源距、模拟地层半径和最外层吸声介质对井内声场的影响。数值计算结果表明:对于偶极子声源,如果模拟地层为声速较低的泥岩,无论最外层吸声介质为流体还是固体,在源距为3.0～4.064 m时,模拟地层半径为1.2 m就能保证刻度井中的"初至波"不受模拟地层外边界的影响;若要使声波全波列的主要部分不受该界面的影响,则模拟地层的半径需要更大;如果模拟地层为声速很高的白云岩,最外层吸声材料宜使用声阻抗合适的固体介质,即使这样,模拟地层半径还需达到2.6 m。这些结果可为模块地层声速刻度井的构建提供理论参考。     

激光脉冲线源位移场的数值与实验研究

采用Fourier变换方法求解激光脉冲线源作用下弹性介质中的波动方程,获得了位移解的积分表达式,直接采用两次FFT方法数值计算了位移波形。所计算的情况包括铝介质半无限空间表面位移、铝板的背中心及编中心表面位移。激发源分别考虑热弹和烧蚀两种情况。实验则采用脉冲Nd:YAG激光进行激励并使用激光干涉仪进行检测。比较数值结果与试验结果两者有较好的一致性。     

Numerical study on scanning radiation acoustic field in formations generated from a borehole

The directivity of acoustic transducers used in conventional acoustic logging tools is uncontrollable[1,2], which inevitably affects investigation depth and resolution. At present, deep and wide range of investigation in petroleum exploration is urgently re- quired. It is important to improve the exploration capability to find more complex and fine reservoirs[3], for which the direction of the radiated acoustic energy is a direct factor. Acoustic field in the formations generated by the source…     

The spatial structure of the acoustic wave field generated in the atmosphere by a point explosion

The Mill Race experiment is used as an example to demonstrate the possibility of calculating the propagation characteristics of acoustic impulses generated by surface point explosions up to ionospheric heights with the use of the models that are based on the known exact solutions for homogeneous media with corrections for inhomogeneity. It is shown that, in the terrestrial atmosphere, the height where the amplitude of the particle velocity of an acoustic impulse reaches its maximum is independent of both the explosion power and the angle of departure of an acoustic ray. This height is about 120 km and depends mainly on the vertical atmospheric density profile.     

Cross-spectral density matrix of the far field generated by a blackbody source

An expression is derived for the cross-spectral density matrix, valid in the paraxial region of the far field, generated by a planar blackbody source. With the help of it we determine the spectral degrees of polarization and of cross-polarization of the far field.     

The intensity of the field generated by a point source and reflected from a rough surface

This paper studies the intensity of the acoustic field generated by a point source above a rough surface with the Dirichlet or Neumann boundary conditions. The derived equations are valid for arbitrary distances between the source, receiver and rough surface, including the case when these distances are smaller than the correlation radius of the surface roughness. It is believed that the proposed method is an improvement of the more conventional approach, which is based on integration over individual areas of the rough surface and that is valid when the source, receiver, and surface are at large distances from each other. The main limitation in deriving the expressions for the acoustic field intensity is the condition that the mutual shadowing of the surface points is small, which is close to the small slope approximation for the rough surface profile. The derivation includes the limiting cases which lead to the traditional small perturbation method and Kirchhoff approximation.     

The design of electromagnetic acoustic experimental platform and the study on radiated sound field by its probe

Electromagnetic acoustic testing technology has aroused extensive concern in the field of ultrasonic nondestructive testing due to its advantages of non-contact with the test specimen, couplant free and good signal reproducibility. This article summarizes the related re- search work of our group in recent years and mainly introduces the two parts on electromagnetic acoustic experimental platform and radiated sound field by its probe in detail.     

运动声源简正波模型稳相点的射线多普勒近似算法

从航空声源水下声场建模出发,提出了运动声源稳相点的近似算法。由于Hawker给出的运动声源声场简正波模型计算方法不适用于高速运动声源,针对速度相对较大的低空运动声源辐射噪声激发的水下声场建模,采用虚源概念,基于射线声学理论得到近似多普勒频率,结合简正波理论求解稳相点,较好地解决了高速运动声源声场的解算问题。几种波导环境下两种方法数值计算比较结果表明该算法的有效性。     

非轴对称结构井孔声场的实验研究

本实验为轴对称井孔结构和非轴对称井孔结构声场的对比实验,通过分别记录这两种结构井孔上不同源距的接收波形来完成。对接收波列作了二维谱处理并和应用有限差分法得到的相应结果作对比,获得了比较一致的结果。由此证明我们应用有限差分法来研究非轴对称井孔声场的方法是正确可靠的。