声速测量实验原理讨论

本文针对声速测量实验中接收端声压变化的理论推导还不够完善,尤其是对相位比较法的原理解释不清楚的问题,从振幅与声压的关系出发,建立了基于声压方程的多次反射模型.该模型利用平面简谐波函数、声压反射系数公式和波的叠加原理,推导出了接收端的声压振幅和相位随距离的变化公式,并利用该公式解释了驻波法和相位比较法测量的原理.仿真结果表明接收端的声压振幅和相位并不是严格的周期函数,其测量的精度与声吸收系数和声压反射系数等因素有关.最后进行了实验验证,实验测量结果与本文模型的计算结果吻合较好.本文的研究为正确理解该实验的物理本质提供理论指导.     

一种非侵入式检测聚焦超声场的方法及装置

介绍了一种用激光通过声光折射法对聚焦超声场进行非侵入式测量的方法及装置. 该方法采用一束 直径小于声波长的平行激光束垂直入射于聚焦焦点, 通过建立焦点声压与光线最大偏转距离间的关系模型, 即可 计算出某点的声压. 通过将激光沿声轴线方向进行微小位置调节, 利用光束在聚焦超声场中由于介质折射率不同 导致的光线折射, 即可测得焦域范围的声压分布以及焦斑宽度. 所得实验测量结果与理论仿真结果对比相差不大, 证明此方法是可行的     

基于等效源法和双面质点振速测量的声场分离方法

目前基于等效源法的声场分离方法有两种输入方式, 一种以双测量面上的声压为输入, 另一种以单测量面上的声压和质点振速为输入. 本文以双测量面上的质点振速为输入, 提出一种新的基于等效源法的声场分离方法. 首先给出了该方法的理论推导, 然后通过数值仿真和实验验证了该方法的有效性. 通过与基于双面声压测量的声场分离方法的比较, 证明了该方法在分离质点振速方面的优越性. 此外, 在仿真中还研究了干扰声源强度和测量面间距对分离精度的影响. 关键词： 声场分离 质点振速测量 等效源法 近场声全息     

基于声光折射的聚焦超声焦点声压检测

提出了一种基于声光折射对聚焦超声焦点声压进行非侵入式检测的方法。当一束直径小于声波长的平行光束入射穿过聚焦超声的焦点时,通过研究焦点声压与光线偏转的具体关系,建立了光线最大偏转距离与焦点声压变化的关系模型,从而计算出焦点峰值声压。为了对理论模型进行验证,采用凹球面型聚焦换能器进行实验研究。通过与采用光纤水听器测量的结果进行对比,证明理论模型的可行性。结果表明实验得到的光斑图像与理论分析的结果一致,且用该方法测得的焦点峰值声压与光纤水听器测量的结果相比,相对误差小于15%,证明该方法具有可行性,能够定量检测焦点峰值声压。模型的提出也为将声光折射效应用于整个聚焦声场的定量检测提供了实验依据和理论依据。     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

基于高斯声束模型解释水中声速测量异常现象

测量水中声速时,随着接收、发射换能器的间距增大,会出现接收声压的极大值先增后减的异常现象,且该异常增长的曲线特征与水位有关.本文通过多元高斯声束叠加的方法模拟了圆形换能器的发散声场,并利用虚声源模型,推导出接收声压与距离的解析关系式,相应的数值计算复现了水中声压幅值非单调变化的异常现象,并证实其主要来源是水中声场在水-空气界面和水-水槽壁处的反射,水面高度对异常模式的影响也被计算证实.     

基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法

提出一种基于波叠加法的近场声全息空间分辨率增强方法. 该方法在波叠加法的基础上,利用全息面声压信号求得布置在全息面附近的虚源面上的简单源源强,再根据求得的简单源源强实现对全息面声压的插值,进而利用插值后的全息面声压数据进行重建. 该方法可以提高近场声全息重建图像的空间分辨率,减少测量工作量,简化测量过程. 通过仿真对影响插值结果的参数进行了分析,给出了合理的选取范围;通过仿真和实验研究验证了该方法的有效性. 关键词： 波叠加法 近场声全息 空间分辨率     

基于双面质点振速测量的声场分离技术

现有的声场分离技术或是基于双面声压测量或是基于单面声压和质点振速测量。本文以二维空间傅里叶变换法作为声场分离算法,提出一种基于双面质点振速测量的声场分离技术。论文首先推导出了该方法的理论模型,随后通过仿真研究验证了该方法的有效性,并通过与基于双面声压测量的声场分离方法的比较说明了其优越性。结果表明:采用基于双面质点振速测量的声场分离方法可以有效实现声场分离;基于双面质点振速测量的声场分离方法可以获得更高的质点振速分离精度,而基于双面声压测量的声场分离方法可以获得更高的声压分离精度。      

观测包膜微泡在超声场中的动力学行为

运用长距离显微成像系统与锁相积分拍摄技术相结合的方法, 拍到了单个造影剂微泡在两种不同频率和不同声压下的周期性振动图像. 根据这些图像得到了微泡直径的实验数据, 并分别用Hoff模型和Rayleigh-Plesset模型对数据进行拟合, 并对数据进行了频谱分析. 结果表明:Hoff模型对实验数据的拟合结果优于Rayleigh-Plesset模型的拟合结果; 二次谐波的相对强度随着声压幅度的升高而增大. 关键词： 包膜微泡 锁相积分拍摄方法 频谱     

声速测量实验有关问题的研究

在物理实验中常利用在1对换能器之间形成的驻波测量声速.该实验是通过调节两换能器之间的距离观察接收换能器上声压(幅度或相位)变化规律获得波长.但部分文献在陈述换能器上声压随两换能器之间的距离的变化关系时,没有表达清楚或者表述错误.本文以一维黏性媒质波动方程为基础,详细给出了声压随两换能器之间的距离的变化关系.     

基于时域多普勒修正的运动声全息识别方法

由于运动声源测量信号中多普勒效应的存在,一般声全息方法无法直接使用,而阵列信号波束成形处理方法无法进行定量分析.本方法建立了基于测量面、辐射面和全息面的运动学几何关系,提出了声源与测量信号之间的非线性时间映射方法,基于运动声源的声源特征函数,构造了消除多普勒效应的全息面时域声压分布.全息重建得到运动声源表面有效声压分布,实现了对主要声源处声压幅值的定量估计.实际运动声源的测量实验结果证明了该方法的有效性.     

基于近场辐射声压信号的索力识别方法*

为准确、快速获取拉索结构索力,该文提出利用结构近场固定位置辐射声压信号对拉索进行索力测试的方法。基于动力学理论推导出结构振动加速度响应与其近场辐射声压响应的线性比例关系,并根据希尔伯特-黄变换推导了声压响应信号与结构频率的关系。对单根拉索依次施加3种不同工况的初始张拉力,并对结构中心表面处施加一瞬时脉冲力,使拉索受迫振动发声,通过对结构近场范围内拉索振动辐射声压进行测量,进而获得不同工况下不同位置声压响应信号,并探讨了在有高斯噪声干扰情况下通过希尔伯特-黄变换方法获取拉索固有频率的可靠性。数值模拟分析验证了该方法能较为准确地得到拉索固有频率并利用索力计算实用公式有效地计算出索力值,为实际工程中拉索索力测试提供了一种新的简单有效的方法。     

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。      

高功率微波辐射场远场测量方法北大核心CSCD

数值模拟并给出了测量距离、积分角度范围和E面、H面等化性对辐射场积分功率的影响。基于X波段大功率微波源、20dB标准喇叭以及680mm辐射喇叭,开展了测量布局对辐射场积分功率的影响大功率验证实验研究。此外,基于X波段9.3,9.7GHz相对论返波管,开展了测量布局的高功率应用实验研究。研究结果表明:尽管测量距离不满足远场条件,但只要辐射喇叭E面、H面的等化性较好,通过足够的积分角度范围控制,也可以得到较为准确的辐射场功率测量结果。     

医用梅花形超声探头声场的分析与计算

本文根据基尔霍失积分，推导了出民用于监护的梅花形超声多普勒探头声场的具体表达式。对中心大圆晶片发射，周围六个小圆片接收，以及七个相同晶片四发三收两种典型布局的换能器，其轴上声压分布，离辐射面不距离断面上的声压分布及不同定向平面上的这场指向性进行了数值计算。结果表明，采用四发三收式结构较一发六收式结构具有较大的优越性。计算结果与实际测试结果很好地吻合。     

非紧凑低马赫数运动边界散射流动噪声的预测

提出了一种求解非紧凑低马赫数运动边界散射流动诱发噪声的预测方法。该方法首先基于运动坐标系下的连续性方程和动量方程推导得到该坐标系下的波动方程及其积分解,然后在该坐标系下采用边界元方法求解得到非紧凑运动边界表面的声压,最后将求解得到的壁面声压回代到静止或运动坐标系下的积分方程中实现对远场噪声的预测。推导得到的积分方程适用于流体与飞机机身、高速列车车身及旋转叶片等非紧凑结构边界作用诱发噪声的预测。     

基于声压梯度参考的部分场分解方法及实验研究

采用扫描测量方式得到的不相干声场需分解成完全相干的部分场后才能用于近场声全息重建. 现有的方法都是将声压作为参考进行部分场分解. 本文提出以声压梯度作为参考, 并建立一种基于声压梯度参考的部分场分解方法. 由于声压梯度比声压的衰减速度更快, 受到其他声源和环境噪声的影响比声压小, 所以以声压梯度为参考在分解完全相干的部分场过程中比以声压为参考更具有优势. 通过数值仿真和实验分析, 一方面验证了基于声压梯度参考的部分场分解方法的正确性和可行性; 同时通过与基于声压参考的部分场分解结果比较, 说明了基于声压梯度参考的部分场分解方法分解更稳健、结果更精确.     

变孔径像面散斑平均光强标定随机表面的理论与实验

采用随机表面的高斯相关模型和统计光学原理,推导出弱散射体在4f系统中的像面上光强的表达式.在此基础上提出了均方偏差粗糙度和横向相关长度的标定方法,该方法用理论结果对实验测量的像面散斑平均光强随滤波孔半径的关系曲线进行拟合,同时测量出被测样品表面的两个统计量.实验上制作了高斯相关随机表面样品,对其表面参数进行了测量,与AFM所测结果符合得较好,这表明该方法具有较高的精度. 关键词： 弱散射体 像面散斑 平均光强     

水听器线列阵近场声压测量误差实验研究

本文介绍了用于近场声压的测量水听器中阵元水听器测量声压的可靠性检验方法和实验结果,提出了元水听器测量球面波场中声传播衰减的曲线与现想球面波声场中场传播衰减的曲线对比的检验,要用球面声源声中心测量值对收发距离进行修正的方法,实验水池中对线列阵上十元水吸器在球形声源水池中进行了传播衰减曲线的测量分析,验证了基阵的弱散散射性能,表明线阵可用于距离小至1／7波长的极近场的扫描测量。     

空气阻力对复摆振动周期的影响

采用2种空气阻力模型,推导出考虑空气阻力时复摆振动周期的表达式.将理论结果与实验测量相结合,分析比较2种情况下空气阻力对复摆周期的影响.