声波反射波形的记录及观察

在“驻波”的教学中，有反射波与人射波的位相问题：半波损失和全波反射．考虑在弦线上行进着一个横向脉冲（图1），当到达一固定端，它的反射波形变成“颠倒”，相对于入射波有了。位相变化，称之为半波损失，或半波反射．当人射波到达自由端，它的反射波形仍为“直立”，与入     

有限振幅声波间的非线性相互作用对声源远场指向性的影响

根据Fenlon理论推导得到了多频声源的辐射声压.基于单频声源谐波指向性的求解方法,得到了二阶近似下的双频声源辐射出的声波相互作用时的远场指向性.分别研究和讨论了在初始辐射声压和频率不同情况下,两列波的相互作用对其中一列波的一阶波和二阶波远场指向性的影响.结果表明,声波间的相互作用对声源远场指向性的影响根据各波之间的相对初始辐射声压和相对频率的不同而有所变化. 关键词： 有限振幅声波 非线性相互作用 远场指向性     

利用时空关系抑制高频线列阵的指向性栅瓣

本文提出,在特定的高频线列阵上,发射的声脉冲宽度,波束的聚焦距离、基元的指向特性,三者构成的时空关系将有明显的抑制栅瓣的能力。建立了统一的指向性公式,提出了双列线列阵的设计方法。最后结合一例,给出抑制栅瓣的计算结果。     

关于实际换能器指向性指数确定的简便方法

指向性指数在评价电声换能器,特别是在声呐应用中,一直是一个重要的参量。但因为它包含三维图案的积分,所以精确地计算和测量这个参数是困难的。因此,在理论上和测量中都广泛使用了近似方法。本文报道中运用的三种近似方法是:1.利用理论近似计算公式计算指向性指数;2.实测波束宽度再作理论近似计算;3.方向性图案测量和图表积分。用这三种方法分别测量和计算了四种换能器的指向性指数。     

平面障板对换能器指向性的影响

木文利用射线声学和虚源法,研究了无限大平面障板对换能器指向性的影响.对几种典型的障板做了数字计算和讨论,从中得出的一些规律,对障板的工程设计可能有指导作用.计算值与实验做了比较,二者基本符合.     

优化扬声器阵列的指向性与声功率级

提出了同时优化扬声器阵列的指向性和声功率级的方法。运用该方法可以优化扬声器阵列的输入电压分布,获得指向性和声功率级二者兼顾的扬声器阵列。本方法不必使用复杂的与频率相关的信号处理装置。模拟结果和实验测量结果表明该方法是可行的和有效的。     

球冠型换能器声辐射指向性分析

为了研究球冠型换能器的声辐射特性,在分离变量法求解球面坐标系下波动方程的基础上,采用基于球谐基傅里叶变换及边界条件的求解模型,给出了球冠型换能器声辐射的远场声压计算表达式和远场指向性表达式;仿真计算了球冠换能器的远场指向性随球冠极角、球半径及振动频率变化的特性,球冠所在球障板的直径和介质中声波的波长比决定着球冠声辐射指向性,在低频或波长大于球障板直径时,球冠声辐射呈无指向性,随着频率的增高即波长的减小或者球障板直径的增大,球冠声辐射的指向性越明显,波束开角越趋向于球冠的开角,而且波束开角内出现波浪状起伏越明显;试制了高频球冠型换能器基阵,测试了换能器基阵300 kHz的指向性,测试结果与理论计算相符合,验证了理论计算表达式的正确性,可为设计球冠型换能器及基阵提供理论指导。     

浅海环境噪声垂直指向性探测海底参数

浅海环境噪声垂直指向性和海底地声参数密切相关,可以利用它来反演海底参数。本文在水平分层介质噪声场模型下,讨论了海底参数对噪声垂直指向性的敏感度,并假设半无限大液态海底,采用效率较高的自适应单纯形模拟退火算法全局寻优,根据中国某海区实测噪声数据,估计了海底声速、密度及衰减,分析了反演结果的不确定性。鉴于声速和密度在不同频率的反演结果不够一致,文中提出多频海底参数联合反演方法,提高了反演海底声学参数的精度。     

基元因子对相控接收阵指向性增益的影响

本文对几种常见的较简单的基元因子,给出了二维相控平面格阵指向性增益随相控角的变化公式,同时对相应的线列阵也进行了讨论.为比较起见,还给出了各向同性基元时的情况.最后给出了数值结果,进行了分析,得出了一些有益的结论.     

光纤矢量水听器指向性测试及锐化技术

光纤矢量水听器是一种新型的水听器,它兼具矢量水听器和光纤水听器的优点。矢量水听器具有自然的偶极子指向性,但是其-3dB带宽为90°,目标分辨能力有限,因此需要对其进行指向性锐化。本文对光纤矢量水听器的自然指向性进行了湖试测定,研究了基于最小方差无失真响应(MVDR)方法的指向性锐化技术,在湖试数据处理中,将其-3dB主波束宽度抑制在20°以内,取得了良好的效果。     

阵元固体指向性补偿对超声全聚焦成像的 优化研究*

超声全聚焦成像中,声波的传播受到阵元指向性的影响,位于阵元不同方位的缺陷成像幅度不同。缺陷相对阵列中心偏角越大,回波幅度越低,容易造成漏检。为提高超声全聚焦算法对固体中大偏角缺陷的成像能力,该文引入了矩形阵元固体指向性函数,建立了基于固体指向性补偿的超声全聚焦优化算法,利用指向性系数对不同角度区域的成像进行幅值补偿。实验结果表明,相对于基本超声全聚焦和传统指向性补偿的超声全聚焦算法,该文固体指向性优化算法对大偏角缺陷的成像幅度补偿效果更好,检测灵敏度更高,有效避免了缺陷漏检,扩展了超声全聚焦算法检测范围。     

有限非均匀空腔障板对换能器指向性的影响

声障板可以改善换能器的灵敏度和指向性,是换能器及基阵设计中必不可少的声学结构。本文建立了有限空腔障板和非均匀空腔障板的模型。利用射线声学的理论,研究了以上两种障板对换能器指向性的影响,结果表明障板的边缘和障板的厚度变化都会影响换能器的指向性。文章最后给出了部分实验结果,理论结果与实验结果基本相符。     

低频三阶超心形指向性声源设计

为提高圆周阵列主极大的指向性增益,提出基于圆周等间距六元密排阵的低频三阶超心形指向性声源,利用点源方法对其波束特性进行研究与分析,得到了指向性声源的优化方案。以具有弱互辐射效应的单边辐射弯张换能器作为圆周密排阵阵元,利用有限元方法分析了三阶超心形指向性声源的声辐射特性,相比单极子声源,其主极大方向指向性增益为8.0 dB,可达到提高增益的目的。研制了实验样机,经水池实验获得该声源的工作特性:谐振频率为0.92 kHz,对应发送电压响应级为139.0 dB,-3 dB波束宽度为56.0°,各旁瓣小于-15.0 dB。有限元计算与实测结果验证了优化方案的可行性,实现了低频三阶超心形指向性发射。     

非均匀钹式换能器平面阵指向性特性研究

针对钹式基阵工作频率低、布阵紧凑导致阵元之间互干扰严重、指向性能退化的现象,本文在均匀平面基阵的基础上提出强度可调节的非均匀平面基阵,建立了基阵指向性能的数学模型,通过数值计算的方法分析阵元间距和中心阵元声强度变化对基阵指向性能的影响。研究给出了主瓣宽度、旁瓣个数、栅瓣个数随阵元间距的变化规律,总结了在各种工作频率下,基阵可用的最大阵元间距。研究结果表明:中心阵元强度增大时,基阵的总体指向性稍有降低。所以当通过调整阵元间距和强度来优化基阵指向性能时,应综合考虑它们对基阵其它性能的影响,以获得最佳的总体性能。     

具有大指向性开角及高发射电压响应的发射换能器

应用复合变幅杆及夹心式换能器结构,研制了一种指向性开角较大且发射电压响应较高的发射换能器。应用有限元方法对换能器的工作频率,发射电压响应及指向性进行了理论计算。并与实验结果进行了比较,结果较吻合。本文研制的换能器工作频率为75.6kHz,发射电压响应级达到1 56dB(基准值1V/μPa),-3dB发射指向性开角100°     

一种拓宽凸球面压电换能器指向性的方法

利用有限元和边界元耦合的方法对涂环氧树脂后的压电陶瓷凸球面换能器进行了指向性仿真计算,发现这种形式的换能器具有较宽的指向性开角。实验测量结果证明了上述结论。     

基于透射法的激光超声声场指向性研究

在忽略尺寸激光激励下的超声回波路径分析的基础上,通过设置不同直径的光源对不同厚度的1060铝合金平板进行激励,并在对侧接收信号,获取各次回波达到时间和幅值,用于分析不同尺寸光源激励下的激光超声各次回波传播路径及声场指向性规律。结果显示,在波形混叠处,纵波被淹没在横波内,到达时间难以提取,而横波的到达时间会向前移,偏离理论到达时间,若忽略波形混叠的影响,给出的各次回波到达时间扩展公式的理论值与实验值之间的最大误差不超过0.1μs;通过分析幅值分布情况可以看出,直径≤0.1 mm的激励源可以产生指向性较好的横波声场,而增大激励源直径,纵波声场指向性变好,横波幅值逐渐向法线方向移动,但当直径增加到一定程度,两者声场都会受到热弹效应的影响而向两边扩散。研究结果表明,在实际应用中可针对不同的检测需求选择合适的光源直径。     

接收基阵垂直指向性引起的附加声传播损失

具有垂直方向指向性的接收基阵对入射声波有方向加权效应，本文在该类基阵声纳方程的基础上，导出了附加声传播损失的具体表式，讨论了深度一声速梯度对附加传播损失的影响，最后给出包声速梯度条件下的算例，计算结果与海上试验吻合较好。     

宽带相控线阵声源在套管井外地层辐射声场的指向性

套管井中的声传播涉及到波在柱状多层介质中的传播问题。通过数值计算对比了宽带相控线阵声源在套管井外均匀地层中产生的纵横波声场的指向性。结果表明,在任意胶结状况下,均可实现向套管井外地层定向辐射纵横波的技术;与地层中纵波的传播特征不同的是在主瓣偏转角方向横波幅度随着偏转角的增大逐渐增加,且在主瓣辐射方向的横波幅度受套管井胶结状况的影响较纵波小;采用玻璃钢套管代替钢套管,会进一步减弱地层声场受胶结状况的影响,这有利于实现在套管井外地层较大范围内的精确定向辐射声波的技术。     

质点振速传感器直线阵超指向性波束形成*

声矢量传感器及其组阵方式的研究已成为水声领域的热门课题。该文研究了当单自由度矢量传感器（质点振速传感器）的观测方向沿直线阵轴线方向时的空间均匀噪声场中两阵元的噪声相关系数,然后采用Gram-Schmidt模态波束分解与综合方法推导了高阶超指向性的最优解,得到了直线阵端射方向的指向性指数和稳健性水平。仿真研究表明,当d / λ < 0.5 (d为阵元间距,λ为波长)时,质点振速传感器直线阵（简称质点振速阵）采用超指向性方法在端射方向的指向性指数略高于声压传感器直线阵（简称声压阵）;而当d / λ > 0.5时,质点振速阵的指向性指数远远高于声压阵。该文的研究内容对水下声纳系统中质点振速传感器的有效组阵和实际应用具有一定的参考价值。