水声材料插入损失测量中的声波多途效应抑制方法

提出了一种在非自由声场中测量水声材料插入损失时抑制多途效应的方法,称为"虚拟端射阵技术"。通过仿真设计,采用逐点移动分时发射信号的方式破坏各路径同频反射干扰的相干性,并在阵长方向形成尖锐的指向性,将上述所有位置的信号延时叠加消除干扰杂波,最后提取所需波形实现对材料插入损失的计算。在尺寸为5.5 m×3.5 m×3.5 m非消声水池中对1.1 m×1.0 m×8 mm的铝板和直径0.5 m、厚8 mm的圆形铝板进行了测量,测量频率范围为3~20 kHz。结果表明虚拟端射阵技术相比于常规方法能降低测量频率下限,矩形铝板和圆形铝板的有效测量频段内误差均小于0.5 dB,有效减少了声波多途效应的干扰。该方法的实现提高了非消声水池中单换能器测量水声材料的能力。      

水声材料透声性能测量技术的改进

本文对传统的水声无源材料透声性能测量技术提出了几点改进,以便在小型消声水池中测量有限尺寸的大面积材料的插入损失（透射系数）随频率的变化规律。材料样品的典型尺寸为 １×１ｍ２左右,测量频率范围为 ２－２０ ｋＨｚ．文中对标准样品进行了声学性能测量,测量结果和平面波理论模型计算值有较好的吻合。     

水声无源材料插入损失测量时反聚焦方法

提出了利用时间反转(时反)聚焦技术的水声无源材料插入损失测量方法。通过无试样及有试样情况下实现接收信号的时反聚焦,并对聚焦信号进行透射系数计算,获得试样的插入损失。由于时反原理可实现接收信号的空时聚焦,从而提高测量信混比,因此本方法适用于非自由场环境下材料声学参数的测量,尤其适用于低频条件下的声学参数测量。波导水池试验开展了对两块试样的测量,试样尺寸为1.1m×1.0m×5mm,测量频率范围为1—20kHz,通过测量值与理论值的对比验证了该方法的有效性。      

利用起伏界面改善非消声水池中的声功率测量

针对非消声水池的声学测量应用,提出了一种在界面起伏的非消声水池中测量水下声源辐射声功率的方法。基于数值方法分析了在非消声水池中利用起伏界面改善低频声源辐射声功率测量的可行性,进一步在一个尺寸为1.2 m×1.0 m×0.8 m的非消声水池中开展实验研究,测量了水声换能器的辐射声功率。实验表明,相对于界面静止的水池,利用造波装置生成随机起伏界面后,声场扩散性明显改善:(1)水池的Schroeder频率从10015 Hz降低到8370 Hz,辐射声功率的测量范围向低频扩展;(2)结合空间平均技术测得的频响曲线起伏程度减小,与自由场值更接近,辐射声功率的测量结果更为准确。所提方法有助于提高非消声水池中水下目标声学特性的测量能力。     

一种新的水声无源材料声学性能测量装置

阐述了一种新的水声无源材料声学性能实验室测量装置,测量频率范围10－100kHz,最大静水压至3．0MPa,被测材料样品典型尺寸为300×300mm~2。装置应用多基元平面换能器基阵,大面积声透明PVDF薄膜水听器以及宽带窄脉冲信号和现代信号处理技术,在小型压力罐中建立近似的平面波自由声场,测量材料声学性能随频率、静水压的变化规律。测量参数包括复反射系数（口声降低）、复透射系数（插入损失）、衰减系数、复声阻抗和纵波声速。通过对多种不同性能材料样品的测量分析,验证了本装置的测量能力,装置的稳定性考核表明其反射测量扩展不确定度为1．2dB,透射测量扩展不确定度为0．8dB。     

压力罐中水声材料声学特性的参量源测量法

设计了一种原波频率500 kHz、差频范围1~30 kHz的截断宽带参量阵,作为水声材料测量系统的声源。通过分析典型频率下的宽带参量源指向性理论计算和实际测量结果,发现两者结果的曲线基本吻合,证明计算模型是正确的。应用钟形短时脉冲实现水声材料声特性的宽带测量,有益于降低样品边缘衍射干扰。并建立了测量水声材料大面积板状样品声压反射系数、声压透射系数和吸声系数的压力罐测量系统,罐体内尺寸Φ4 m×12 m,最高静水压4.5 MPa,测量频率范围1~30 kHz。对标准样品(尺寸1m×1m)进行了测量实验,其测量结果和理论曲线有很好的吻合,参量源测量法得到了验证;之后,通过对一块橡胶板样品在不同静压力下的吸声性能进行了测量和有效评估,进一步确认了参量源测量法在压力罐这样有限水域中的潜在应用价值。      

水声无源材料回声降低测量时反聚焦方法

提出了利用时间反转(时反)聚焦技术的水声无源材料回声降低测量方法。首先实现有界水声环境下有、无试样接收信号的时反聚焦,然后利用聚焦信号测量试样反射系数,最后通过标准试样对反射系数进行修正,从而得到试样的回声降低测量值。在小型水池中进行了铝板试样和钢板试样回声降低的测量,铝板试样的尺寸为1.1 m×1.0 m×0.005 m,测量频率范围为3~20kHz,钢板试样尺寸与铝板试样相同,测量频率范围为0.5~20 kHz,测量结果经修正后与平面波理论计算值基本一致,和理论计算值的相对误差小于10%,扩展不确定度小于1.5 dB。本方法采用时反原理实现了接收信号的空时聚焦,提高了测量信混比,因此适用于非自由场环境下无源材料回声降低的测量试验,尤其适用于低频的回声降低测量。     

水声材料性能的自由场宽带压缩脉冲叠加法测量

水声材料的许多声学特性一般可以通过对复反射系数和透射系数计算得到。本文提出一种新的自由场测量方法,即应用宽带脉冲压缩技术在消声水池中测量有限尺寸的大面积材料样品的性能参数,从而使这种标准测量的低频限被明显降低。除传统的回声降低和插入损失参数等外,两个新的参数——消声系数和去耦系数也在评价之列。文中对两块平板样品进行了实验测量,其尺寸约为１ｍ×１ｍ,测量频率范围为 ２～ ２０ｋＨｚ。     

大尺寸弹性材料中声速的实验室测量方法研究

针对大尺寸弹性材料中声速的测量问题,将传统穿透测量法与分层介质中的射线声学理论相结合,设计了一种在水池中反演测量材料中纵、横波声速的方法.该方法使用水听器接收透过待测材料后到达的高频水声信号,依据实测信号传播时间与理论值比较代价函数,最终利用寻优算法计算材料中的两类声速。本方法既克服了传统方法不能同时获得材料内纵、横波声速的缺点,又可保证待测材料的完整性。利用开发的测量系统,水池实际测量结果的不确定度小于3.5%      

水声材料低频声性能的行波管测量

发展了一种测量水声材料声学性能的行波管测量技术,能够在实验室充水管中模拟海洋水温水压环境,对样品的声学参数实施低频范围的测量。被测样品置于声管中央,声管两端配置一对发射器。应用主动消声技术使样品的透射声波在声管次发射器表面的反射可忽略,在管中建立起行波声场。然后,通过分别计算样品两边声场中每一对水听器的传递函数,得到样品的反射系数和透射系数。测量系统声管的内径为Φ208 mm,工作频率范围为100～4000 Hz,最高静水压为5 MPa。对水层和层状不锈钢样品的反射系数和透射系数进行了实际测量和理论计算,结果表明,测量值和计算值有较好的吻合,测量不确定度不大于1．5 dB。     

AN ANALYTICAL INVESTIGATION OF THE DIRECT MEASUREMENT METHOD OF ESTIMATING THE ACOUSTIC IMPEDANCE OF A TIME-VARYING SOURCE

This paper presents an analytical investigation of the direct method of measurement of the source impedance of a linear time-variant source. The direct method yields a frequency-dependent effective source impedance which is routinely used in a time-invariant analysis to determine the insertion loss of two different acoustic loads applied to the same source. In such an analysis the strength of the source is assumed to be invariant with load. It is shown here that there is generally no precise correspondence between the effective source impedance as given by the direct method and the characteristics of the actual source. Furthermore, it is shown that the effective source impedance values given by the direct method are functions of the acoustic load and the location of the injected signal as used in the measurement. However, the effective source resistance is always found to be positive, in accordance with experimental measurements. In this regard the direct method is an improvement on the indirect method, where physically implausible negative resistance values are often found. Finally, it is shown that the effective impedance values as given by the direct method when used with a time-invariant analysis give rise to very accurate predictions of insertion loss, even when the strength of the actual time-variant source is allowed to vary with the acoustic load.     

基于软光刻的多层光互连垂直耦合结构

设计并试制了一种新型垂直耦合光互连线路结构,可用于高速计算机内部等垂直堆叠的多层连通光互连的芯片间光信息通讯。其结构简单,且具有较小的连接损耗(可低至0.05dB)。对四种不同的典型波导截面(分别为30μm×30μm,50μm×50μm,100μm×100μm,200μm×200μm),利用蒙特卡罗多光线追迹分析法对跨越1~6层的垂直耦合结构进行了性能分析,发现当该结构的跨越高度与横向跨越距离的比值约为0.128时,可实现较理想的低损耗(低于1dB)光传输。采用软光刻的方法制备了实验多层光互连线路,其性能测试与理论结果基本相符。     

室内声学时域有限差分模拟中的边界条件

给出了时域有限差分法用于室内声学问题模拟中的边界条件,结合声波方程的基本差分格式,模拟并分析了高斯脉冲在4m×4m房间中的波动过程和脉冲响应;模拟了一9m×6m×4m房间的简正频率,并与经典理论计算值进行了对比;模拟了一12m×5m×4m水平地面房间中的坐席吸声低谷效应,并与Joe LoVtri的模拟结果进行了对比;模拟并实际测量了一10.6m×5.8m×3.4m房间在几个受声点的脉冲响应和早期衰变时间EDT,将模拟结果与实际测量结果进行了对比分析,计算程序是用Metlab语言编写的。模拟与经典理论、相关研究、实际测量几方面的对比分析,验证了本边界条件的可靠性。     

Microfabrication of stacks of acoustic matching layers for 15 MHz ultrasonic transducers

This paper presents a novel method used to manufacture stacks of multiple matching layers for 15 MHz piezoelectric ultrasonic transducers, using fabrication technology derived from the MEMS industry. The acoustic matching layers were made on a silicon wafer substrate using micromachining techniques, i.e., lithography and etch, to design silicon and polymer layers with the desired acoustic properties. Two matching layer configurations were tested: a double layer structure consisting of a silicon–polymer composite and polymer and a triple layer structure consisting of silicon, composite, and polymer. The composite is a biphase material of silicon and polymer in 2-2 connectivity. The matching layers were manufactured by anisotropic wet etch of a (1 1 0)-oriented Silicon-on-Insulator wafer. The wafer was etched by KOH 40 wt%, to form 83 μm deep and 4.5 mm long trenches that were subsequently filled with Spurr’s epoxy, which has acoustic impedance 2.4 MRayl. This resulted in a stack of three layers: The silicon substrate, a silicon–polymer composite intermediate layer, and a polymer layer on the top. The stacks were bonded to PZT disks to form acoustic transducers and the acoustic performance of the fabricated transducers was tested in a pulse-echo setup, where center frequency, −6 dB relative bandwidth and insertion loss were measured. The transducer with two matching layers was measured to have a relative bandwidth of 70%, two-way insertion loss 18.4 dB and pulse length 196 ns. The transducers with three matching layers had fractional bandwidths from 90% to 93%, two-way insertion loss ranging from 18.3 to 25.4 dB, and pulse lengths 326 and 446 ns. The long pulse lengths of the transducers with three matching layers were attributed to ripple in the passband.     

Compact High-performance Bulk Optical Isolator

ＣｏｍｐａｃｔＨｉｇｈ┐ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＢｕｌｋＯｐｔｉｃａｌＩｓｏｌａｔｏｒＷＡＮＧＬｉｎｄｏｕ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）...     

圆形阵列光电探测系统双目标识别方法

针对双弹丸同时着靶情况下的立靶坐标测量问题,提出一种圆形阵列光电探测系统的双目标识别方法。采用光电探测器件组成1个圆形的探测阵列,并将3个发光角度均为60°的扇形一字线激光器均匀设置于圆形探测阵列上组成探测光幕。当2发弹丸同时穿过探测光幕时,会在圆形探测阵列上产生6个弹丸投影,通过信号处理电路识别6个弹丸投影的中心位置,最后通过系统弹丸着靶坐标测量公式计算得到2发弹丸的着靶坐标。在对系统测量原理进行论述的基础上,建立了系统的弹丸着靶坐标测量模型,并对坐标测量误差进行了分析和仿真。仿真结果显示,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差最大为2.7 mm,Y坐标测量误差标准差最大为0.6 mm。实验结果表明,系统在测量靶面为1 m×1 m时的X坐标测量误差标准差为2.22 mm,Y坐标测量误差标准差为1.98 mm。因此,该文所提出的系统可以有效测量弹径4.5 mm及其以上的双弹丸着靶坐标。     

与偏振无关光隔离器的插入损耗和隔离度的理论分析与实验研究

在理论上用琼斯矩阵法得到了与偏振无关的Walk－off型光隔离器的插入损耗及反向隔离度的表达式，讨论了偏振分束器、法拉第旋转器、1／2波片的参数对其性能的影响。作者设计制作的光隔离器光纤到光纤的插入损耗为1.46dB，隔离度为34．2dB，外型尺寸为13×10×46mm3。