声速测量实验中声场分析

本文针对超声波声速测量实验中出几个问题进行了讨论,并通过数值计算,说明了超声波能量化趋势,并对影响测量精度的因素进行了有益的讨论.     

圆柱腔低频声场的球谐函数分解及声场再现

针对圆柱腔低频声场的球谐函数分解,提出了基于移动式球形传声器阵列(简称球阵)测量的空间域直接求解法。利用空间域测量数据,在压缩感知(Compressive Sensing,CS)理论框架下通过一次线性方程组求解,获得整体坐标系下的声场展开系数。首先讨论了感知矩阵的列相关性,比较不同球阵形式及球面采样点数目,不同球谐函数截断阶数以及空间测量位置等的影响。随后在飞机舱室模型内利用文中提出的方法求解声场展开系数,再现腔内水平面的声压分布,并与传统球坐标变换方法做比较。实验结果表明,利用空间域直接求解法,通过球面随机挑选10个采样点的刚性球阵在声腔3个位置进行声场测量,不仅能够有效求解声场展开系数,而且声场再现精度更高,同时计算效率也显著提高。     

沉积层声学特性对浅海低频声场分布的影响

已有对浅海低频水声场的讨论多是关注声能量在水体中的分布特性,对水体下沉积层、基底中低频声传播的同步研究相对较少。本文基于波动方程,在柱坐标系下推导了一种浅海水体/海底统一波导下低频声能流的计算模型,在此基础上结合具体仿真算例与波动理论阐述了不同沉积层声学参数对声场能量分布的影响规律及机理。仿真结果表明,在沉积层纵波声速>水中声速>沉积层横波声速的前提下,沉积层中密度与纵波声速数值越大,声能量越趋于保留在水体中而不向海底泄漏,横波声速的影响正好相反;沉积层厚度增加到一定量后,基底对流体层中声传播的影响可近似忽略不计。     

浮力扩散火焰对低频外加声场的响应特性

本文通过实验研究了浮力扩散火焰在外加声场作用下的响应行为和熄火机理.实验发现,声场中的气体燃料火焰熄火时,火焰处的声压与声频呈正相关.但该正比关系受火焰和环境等因素影响,无法精确判断熄火的临界条件.因此,本文基于火焰在声场中的偏移量脉动,为声场的临界灭火条件构造了数值判据.研究结果表明,该判据对目标火焰的依赖性较低,且...     

基于时空滤波理论的低频声场干涉结构研究

基于时空滤波理论, 采用相干函数、功率响应函数、扩展分布函数、双频函数四个系统函数较波导不变量更全面地描述了低频声场的相干结构. 理论分析、仿真研究和海试数据处理都验证了低频声场存在稳定的干涉结构, 当目标由远及近、又由近及远做匀速直线运动时, 相干函数(LOFAR图)的干涉结构为一簇类双曲线; 功率响应函数的干涉图表征了简正波群时延的差分, 体现了其频散特性; 扩展分布函数能反映LOFAR图上干涉条纹的斜率大小; 而双频函数能体现相慢度的差分. 各个系统函数均能特别突出干涉结构的某方面的特征, 各有特色.     

弯张壳体装配位移的理论计算及实验测量

精确地控制施加于驱动元件上的预应力，对换能器设计有着重要意义，本文结合我们的课题研究工作，用有限元方法，计算了Ⅶ型水声弯张换器壳体给驱动元件施加一定预应力时，壳体所需的装配位称的大小，并通过初步实验作了验证，本文的计算及装配方法，可以推广到其它类型的弯张换能器中。     

非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法

提出了一种在非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法。该方法是在发射和接收换能器保持相对位置不变的情况下,通过多次无规则变换其在有限水域中的位置,让同频反射声的干扰贡献随机和无规则化,最终将上述所有位置接收的信号同步叠加而将同频反射声干扰消除,从而提取出了所需的直达波波形信号,克服了传统的脉冲测量技术受同频反射声干扰无法提取直达信号的问题。在5 m×7 m×6 m非消声水池,测量换能器样品,测量频率范围是400~2500 Hz,测量得到的结果与湖上测试结果相比,两者基本一致。该方法的实现,大大的提高了非消声水池的低频换能器测试能力,有效测量频率下限比一般脉冲测试方法降低一个数量级。     

水下掩埋目标的散射声场计算与实验

水下掩埋目标声散射问题是识别和探测掩埋目标的理论基础, 是声散射研究领域的热点问题. 本文基于射线声学推导了掩埋情况下目标声散射计算的格林函数近似式, 并在此基础上进一步给出了相应的远场积分公式. 在有限元方法的基础上, 将推导得到的公式写入有限元仿真软件, 对软件功能进行拓展, 构建二维轴对称目标的声散射模型, 并计算掩埋情况下弹性实心球在不同条件下的目标强度, 获得了其散射声场随频率、掩埋深度、沙层吸收系数等参数的变化规律. 开展实心球的自由空间和浅掩埋条件下水池声散射实验, 利用共振隔离技术处理实验数据, 提取目标声散射的纯弹性共振特征进行分析, 结果表明可将其用于掩埋目标识别和探测. 最后利用总散射声场与理论计算结果进行对比, 验证了理论仿真的正确性.     

椭球坐标系中大口径凹面声场特性的计算

凹口球形声源发出的聚焦声束可使焦域附近压强成倍增加，在超声加热治疗肿瘤上有很好的应用。本文对流体运动的基本方程组在时域上用有限差分法作数值计算，讨论了几个不同口径的凹口球形声源的声传播情况。为了与实际上的凹口声源的形状和法线振动方向相一致，计算采用了正交椭球坐标系。该方法与已知的其它方法对比，能得到相似的结果，但适用范围更广，计算程序更简单。     

倾斜Bragg光纤光栅反射谱特性理论和实验研究

光纤Bragg光栅在通信和传感领域有着广泛的应用。根据倾斜光纤Bragg光栅的结构特点，利用耦合模原理，运用传输矩阵法，模拟分析了倾斜角度对光纤Bragg光栅反射特性的影响，并用实验对模拟结果进行了验证。实验和模拟结果表明：随着倾斜角的增大，中心反射波长向长波方向移动，反射带宽变窄，反射率减小。这个结论对倾斜Bragg光纤光栅的生产和应用有一定的指导作用。     

时均流激声发动机声场特性实验研究

时均流激声发动机利用流体诱导声振荡效应把自然界的风和管道气体的动能转化为声场能,可驱动热声制冷机制冷或驱动发电机和换能器发电,为风能利用提供了新思路。在国内首次搭建了正十字型时均流激声发动机实验台,以一台高压风机提供的气流模拟自然风,获得了稳定的驻波声场。在此基础上,揭示了时均流速、平均压力、斯特劳哈尔数等对时均流诱导声振荡的影响。在平均压力为106.19 kPa、时均流速为50.52 m/s、谐振管长度为0.96 m的条件下,该正十字型时均流激声发动机谐振管内的压力振幅达6.20 kPa,约为平均压力的5.80%,为时均流激声发动机驱动发电装置和热声制冷研究奠定了实验基础。     

混响室中扩散声场统计特性的实验研究

一、引 言 频率足够高的声信号可在房间中同时激发起许多简正方式,这些简正方式相互叠加结果可使不规则房间中的声场变得十分复杂,以致一般不能用确定方法加以描述,而必须采用统计法。这就是统计声学。 从五十年代到现在,许多学者在统计声学领域中做了大量的研究工作,发表了一系列理论结果。相对说来,支持理论的实验工作却较少。正是这种理论与实验之间不平衡的状况,使我们有兴趣完成了本文的实验研究工作。     

乙醇水溶液的互扩散系数实验测量与理论计算

乙醇和水是生产生活中常见的两种物质,其二元溶液的互扩散系数在蒸馏、萃取等化工生产以及生物医疗领域各种问题的研究中不可或缺。本文利用数字全息干涉法,测量了常压下和288.15~318.15 K内,浓度范围0.05~0.95的乙醇水溶液的互扩散系数。为满足工程应用需求,本文给出了不同温度下乙醇水溶液的互扩散系数与浓度的关联式,其相对偏差绝对平均值为0.83%。用UNIDIF模型对乙醇水溶液的互扩散系数进行了理论预测,发现温度较高时,UNIDIF模型的理论预测效果较好。     

Franz波波速计算及实验测量

本文给出了计算水中无限长刚性圆柱对垂直入射平面声波散射所产生的Franz波的相速的理论公式。用Schlieren方法,观察到圆柱影区散射声场的稳定图象,并由此推算出Franz波的传播速度。理论分析与实验结果基本相符。     

倾斜管式液体粘度测量方法理论及实验研究

本文提出了一种适用于高压下及低沸点物质液相粘度的测量方法-倾斜管式粘度测量方法,并设计和搭建了粘度测量系统.采用粘度测量系统标定的标准物质-纯水,通过测量其运动粘度,对该测量系统进行了检测.结果显示,该测量系统的相对偏差绝对平均值为0.65%,验证了该方法原理的正确性及测量系统的准确性.此外,测量了R134a饱和液体的运动粘度,进一步检测了该粘度测量系统.     

超谐波声场及其生物组织成像的理论及实验研究

理论及实验研究了平面活塞换能器激发的超谐波(三次、四次及五次谐波的线性幅度叠加)的轴向和径向声场特性,讨论了声源强度及传播距离对超谐波的强度及指向性的影响。结果表明在合适的声源强度及传播距离条件下,超谐波的幅度可大于二次谐波,同时-3dB波束宽度变窄,为基波和二次谐波的59%和77%。对生物组织进行了超谐波成像,并与基波、二次谐波图像对比。结果表明超谐波可提高超声非线性成像的灵敏度及分辨率。     

圆锥面PVDF聚焦换能器的非线性声场理论及实验研究

圆锥面聚焦换能器可在超声成像中获得较好径向分辨率的同时提高探测深度.利用高斯声源函数叠加法来近似表示圆锥面聚焦声源的分布函数，结合近轴近似的KZK方程，得到了圆锥面聚焦换能器在损耗媒质中产生的基波、二次谐波声场的解析解.在实验上制作了PVDF圆锥面聚焦换能器，测量了圆锥面聚焦换能器的基波及二次谐波声场，实验结果和理论计算相符.     

循环平稳声场近场声全息理论与实验研究

提出一种用于分析循环平稳声场的近场声全息技术。此类声场信号的调制现象非常严重,频谱上存在着明显的边频带,由于无法有效地分离调制和载波信息,以往近场声全息技术的全息图会在边频带处出现虚假的能量。本技术用二阶循环统计量理论代替传统的傅里叶分析,并以声压的谱相关密度函数取代其频谱及功率谱密度做为重建物理量。由于谱相关密度函数可以对循环平稳信号进行解调处理,使得该技术的全息图上不会因为边频带的存在出现虚假能量。仿真分析及实验研究表明,本技术可以更准确地提取循环平稳声场的调制和载波信息。     

铁电体电特性测量实验

利用电滞回线发生器,通过信号测量电路及计算机接口技术,描绘电滞回线,计算出待测铁电体(压电陶瓷片)的电特性参量.     

声场的方向性分布和测量

传声器的指向性对声场方向性分布的测量有很大影响.文中给出了测量得的和原声场的声能方向分布间的关系.根据测量的分布可推知被测声场方向性分布中的某些成分.所能得知的声场情况受传声器指向性的限制.由上述关系,也可分析传声器指向性对声场方向性分布不均匀度的测量值的影响.