压电条SH声辐射场研究

具有一定宽度和厚度的无穷长压电条置于均匀各向同性半空间上, 压电条在电激励下产生机械振动从而在整个空间产生声场. 将压电条取为6mm晶系, 其对称主轴沿长度方向. 针对这 种压电换能器结构, 深入研究了SH波的激发和辐射特性. 首先将压电条中的声场展开为傅里 叶级数, 而将压电条下的无界半空间中的声场展开为傅里叶积分, 然后根据边界条件得到了 整个空间中声场的求解方案, 通过数值模拟计算了声场的分布特性, 并和传统方法进行了定 量的对比和分析. 最后采用最陡下降法(鞍点法)研究并得到了压电条声辐射场的远场近似表 达式, 分析了声场的指向性规律. 结果表明只有当频率f和压电条宽度a的乘积 fa<1 kHz·m 时, 传统方法得到的结果是可靠的，当频率升高时，压电条内应力和位移呈振荡式分布，频率愈高振荡愈激烈，且与传统方法的差异愈大.本文对声学微系统与声传感器件的研究具有 重要意义. 关键词： 压电条 6mm晶系 表面位移 指向性因子     

Radiation Acoustic Field of a Linear Phased Array on a Cylindrical Surface

A new linear ultrasonic phased array fixed on a cylindrical surface is designed. This kind of the cylindrical phased array can meet the specific requirements of the application in testing pipe quality inside pipes. Using the transducer, we can not only avoid mechanical rotating but also test the quality of any point in a pipe by ultrasonic phase array technology. The focused acoustic field distributions in the axial, radial and tangential directions of the transducer are investigated theoretically by numerical simulation. The energy flux density, the width of the main lobe, the imaging resolution, the grating lobe elimination and other characteristics are analysed. The effect of the focal distance, effective aperture, transducer radius, number of total element, and steering angle on the acoustic field distribution is also studied.thoroughly. Many important results are obtained.     

层状介质中的声波场及面波研究

本文在前人基础上，采用B、P、C坐标系研究了层状介质中的声波场及面波特性，理论上发现了一个重要结论及一些新的性质，并数值分析了Rayleigh和Love面波的频散特性。定义了关于Rnyleigh面波的两个物理量β1（位移的民P分量比）和β2（应力的B，P分量比），经理论及数值分析发现：β1和β2与介质的层状结构密切相关，是对层状介质进行分析和判断的两个重要物理量。     

An Analytical Method for Calculating P-SV Acoustical Field Excited by a Piezoelectric Strip with Finite Width and Thickness

A piezoelectric strip with finite width and thickness is placed on top of an isotropic elastic half-space. Acoustical field can be excited when a voltage is across the piezoelectric strip. An analytical method is presented to calculate the acoustical field by the dynamics characteristics of the piezoelectric strip. Considering the piezoelectric strip as an anisotropic material of the 6 mm-type crystal system, we study the two-dimensional P-SV acoustical fields inside the piezoelectric strip and the isotropic half-space. The displacement and stress distributions are analysed thoroughly. The effects of the width and thickness of the piezoelectric strip and other parameters on the acoustical field are also analysed.     

用时间反转法在水下波导介质中实现自适应聚焦的研究

研究了水下波导中声波时间反转自适应聚焦问题,分别在半无界流体介质和置于半无界刚性固体之上的流体层中开展了时间反转法的理论和实验研究工作。理论上采用射线近似方法分析了时间反转声场特性,实验上在实验室内开展了水下波导的超声模拟实验。理论和实验证明,聚焦增益可以提高 12 dB以上。     

层状半空间中导波的传播

研究了在弹性层状半空间中传播的导波的频散及激发机制,分别在含有两层和三层介质情况下,详细分析了对称点源激发的所有可能存在的导波模式的传播特性以及它们与介质参数的相互关系,研究了表面波和能陷波的激发与传播机理。对于速度递增的介质,可存在多个模式,但对于速度递减的介质模型,至多只存在一个导波模式。在含有低速夹层情况下,存在沿低速层传播的能陷模式。能陷波和表面波的传播特性不仅与介质参数有关,而且还与声源频率有关。     

利用井孔偶极弯曲波反演横向各向同性孔隙地层渗透率的研究

对利用井孔偶极弯曲波衰减特性反演横向各向同性孔隙地层的纵、横向渗透率进行了理论方法和数值研究.对软地层,在方差函数极值行为分析的基础上,用最小二乘反演对多组理论模拟数据进行处理,得到的纵、横向渗透率精度都比较高,这与软地层弯曲波衰减对纵向渗透率的敏感程度明显比硬地层高有关;用添加不同强度的随机噪声综合反映现场资料可能带来的误差,对多道间提取的衰减叠加求平均可明显的抵消噪声的影响;对快速孔隙地层偶极声测井理论模拟数据也尝试性地进行了纵、横向渗透率反演,发现,虽然硬地层弯曲波的衰减对纵向渗透率很不敏感,但纵向渗透率的取值偏离真值却对横向渗透率的反演结果有明显影响.     

圆台形超声相控阵列在管材检测中的聚焦声场

针对一种新型的用于钢管横向缺陷检测的圆台形超声相控阵列,提出了计算管内一次波位移场的模型。设计了三维情况下,圆柱界面存在时的时间延迟法则,并在高频近似下,利用瑞利积分法结合稳相法,研究和计算了管材横截面以及纵剖面上的二维声场分布特性。最后详细讨论了圆台形相控阵列中心夹角、阵元宽度及动态阵元数等参数对管材中聚集声场的影响。结果表明,这种模型以及计算方法可以有效地分析圆台形阵列在钢管内的辐射位移场特性,为实际制作这种圆台形阵列提供理论指导。      

超声多波聚焦及声偏振方向控制方法*

在超声多波聚焦思想的基础上,通过数值模拟计算,分析了时间反转法的多波聚焦特性以及对声场偏振方向进行控制的可行性。结果表明,在待测目标的不同位置处,时间反转法都能够实现多波聚焦的效果,使具有不同传播速度、不同偏振特性的多种声波自适应聚焦。但是,在介质的近表面处,由于受到表面波的影响,多波聚焦声场仍然具有椭圆偏振特性,无法实现声场偏振方向精确控制的目的;而位于介质内部的多波聚焦点受到表面波影响很小,数值计算结果表明此时多波聚焦声场具有线偏振特性,通过改变声源前后两个脉冲的激发幅度和相位,可以控制声场的偏振方向,达到偏振方向扫描的目的。该文的研究为精确检测裂纹方向或界面性质提供一种可能的途径。     

凹面线性相控阵聚焦与扫描成像

研究了凹面线性相控阵聚焦声场的聚焦特性与扫描成像处理,首先对凹面线性相控阵聚焦声场进行了深入的分析,对凹面线阵聚焦中变迹处理、阵元间距及f数等参数对相控阵瞬态声场聚焦特性的影响进行了分析和讨论;然后,分析了相控阵聚焦声场在散射物体上产生的散射声场特性,得到了利用凹面线性相控阵进行线性查扫的B扫图像,在此基础上,利用凹面线性相控阵辐射声场在非均匀体上的散射声场进行了扫描成像研究和处理,针对实际管材质量的相控阵检测问题,得到了管材纵波扫描整个区域的检测图像.