用20MHz静电换能器精密测量超声波声速和声衰减系数

用静电换能器对小尺寸固体试样作了高精度超声测量,由于静电换能器非接触的特点,避免了耦合层及换能器本身对测量引入的误差。当超声波频率为20MHz时,通过衍射修正后,声速测量的精度优于10^-5,声衰减系数测量的精度小于2%。由此得到的声学参量较正确地反映了试样的声学特性。     

换能器对超声衰减测量的影响

一、引言 声衰减系数是媒质的主要声学特征量,它能提供物质内部结构及媒质某些非声学性质的信息,例如:悬浮液的浓度和粒度、粗品材料和复合材料内粒子大小及分布等。影响衰减测量的因素,可概括为:1)换能器发射的衍射效应;2)换能器及耦合层对试样端面反射的影响;3)侧壁反射的影响;4)端面状况(平行度、平整度)的影响;5)温度不均匀的影响。这些因素使得衰减测量的精度下降,因此研究这些因素从而提出校正措施是一个急需解决的问题。 在影响衰减测量的五个因素中,换能器发射的衍射效应‘1’、端面状况(平行度;平整度)的影Ill叭2,3j以及温度不均…     

定位声呐的定位精度分析

本文着重探讨定位声呐接收的信号中相位因子所携带的信息。分析了噪声存在 情况下相位因子的概率密度以及声学定位的精度。提出了一个改进测量精度的方法 （依靠增加接收基阵中的换能器个数），并计算出相应的相位因子概率密度表达式。     

海底沉积物岩芯横向声学测量系统的标定

水平轴向测量技术相对成熟,但较难获取海底沉积物的无扰动分层声学特性,采用横向测量技术可以解决这一问题。文章研究了海底沉积物岩芯横向测量技术,将水作为海底沉积物测量的参考标准,进行测量系统的标定。提出了等效换能器的概念,将样品以外的声传播介质整合成等效换能器的一部分,标定测量等效换能器声延时和声传播初始能量。以水为标准介质,分别采用33、80、100 kHz三种频率的声学换能器,以及75、90、110 mm三种管径的聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC),测量所得的水中的声速与标准计算水中的声速具有一致性,其中以采用80 kHz频率声学换能器和90 mm管径PVC管测量时的声速误差最小,选用此状态进行标定,得出当隔水耦合测量法换能器相对距离为142.02 mm时,标定的等效换能器声延时为45.88±0.08 μs,等效换能器声传播初始能量(以接收换能器的接收电压表示)为0.86±0.03 V。应用标定的等效换能器声延时和声传播初始能量测量海底沉积物。计算得到声速和声衰减系数符合黏土质粉砂的声学特性。     

利用非线性表面波评价材料疲劳损伤

采用非线性Rayleigh表面波检测方法,实现了不同疲劳阶段下钢试样拉伸和腐蚀疲劳损伤的测试与评价;基于楔块\换能器激发与接收声波方式,搭建非线性Rayleigh波检测系统,测量了不同激励水平下基波幅值平方与二次谐波幅值间的线性关系以及Rayleigh表面波二次谐波的累积效应;分别在拉伸载荷和腐蚀疲劳载荷下,采集非线性时域信号并进行频谱分析,测量声学非线性系数在不同疲劳阶段下变化趋势,并分析不同疲劳载荷对钢试样声学非线性系数的影响。实验结果表明:超声非线性系数与疲劳周期数呈单调递增关系,可以用声学非线性系数来表征材料的表面疲劳损伤程度;相比较周期性拉伸疲劳损伤,腐蚀疲劳试样的声学非线性系数会增大,是由于腐蚀环境会加重实验中钢试样的疲劳损伤程度。研究成果可为疲劳损伤无损检测与评价提供一定的指导意义。     

相控阵ADCP编码信号相移波束形成

相对于活塞式声学多普勒流速剖面仪,相控阵声学多普勒流速剖面仪的换能器体积大大缩小,并且依托相控阵本身的物理特性,无需进行声速补偿。利用窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪系统进行编码信号的发射与接收,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的设备性能。首先介绍了相控阵ADCP的波束形成方法,然后分别介绍了相控阵的相移波束形成和时延波束形成原理,对编码信号相移相控波束形成情况下,相控阵发射和接收信号波束开角进行了对比,并对作用距离、测量精度、系统复杂度等系统性能进行了分析。分析结果表明:窄带相控阵声学多普勒流速剖面仪可以进行编码信号的发射和接收,能够提高系统的空间分辨率和测量精度,从而提高相控阵声学多普勒流速剖面仪的性能。     

反相叠加减小超声检测盲区的方法

对于收发合置应用的换能器,在发射脉冲信号的激励下,会产生一定的拖尾,在大尺度声学测量应用中这种拖尾可以被忽略,但是在短距离声学测量应用中,回波信号会淹没在激励信号的拖尾之中,导致测量盲区的加大.为了提高超声波的短距离测量能力,从换能器等效电路入手,通过分析换能器的频率特性,设计了换能器的等效高斯带通滤波器模型,提出了一...     

聚焦换能器焦域声场扫描路径规划及测量

聚焦换能器的焦域声压扫描是其声学特性计量的重要步骤,而传统的扫描路径测量效率较低,提出基于聚焦声场分布特征的扫描路径规划方法。首先给出了实验方案和原理,分析了聚焦换能器声场的焦域声场特性,然后对聚焦换能器进行有限元仿真分析,获得焦域声场的声压分布,根据声场同心圆分布特性,以焦点处为0 dB声压级,获得不同声压级对应区域作为水听器扫描特征区域。最后,搭建了实验系统,实验结果表明,-6 dB的焦域长度和宽度等参数均与理论值、传统机械测量机构的测量值一致,保证了测量精度并且有效提高了测量效率。     

耦合腔声压基准简介

一、引言 声压基准对于从事声学研究,计量及测试工作十分重要,因为所有的声学测量都是建立在基准声压的基础上的(参看图1)。为了获得高精度的声压基准及相应的基准器、标准器,可以采用多种方法进行校准,如经典的瑞利盘法,活塞发声器法,驻波管的烟点法,重力法,静电激发器法以及互易校准法等。根据近十几年来各国所建立的声压基准的准确度来看,以互易法,活塞发声器法和瑞利益法所标定的换能器精度比较高、而其它方法则逐渐趋于淘汰。本文将对利用互易校准方法在空气介质中所建立起的声学耦合腔声压基准作一简单的介绍. 二、耦合腔互易校准 装…     

超声波V型时差法流量测量中换能器的优化设计

超声波流量测量作为一种新型的流量测量方式逐渐被广泛应用,但是在测量小管径圆管内液体流量时换能器存在平面与圆管壁耦合困难、单个换能器只能测量几种直径相近的管材、使用范围有限、换能器安装不方便、安装精度不高等问题,直接影响了系统测量精度.为了降低换能器对系统测量精度的影响,本文从换能器的结构设计角度出发,分别从耦合、多管径测量、精确安装三面提出相应的改进设计方案,分析了各个方案的优缺点,最后综合考虑三方面因素设计了最优方案,该最优方案能够有效降低换能器对系统测量精度的影响,便于安装使用,具有较强的实际应用价值.     

国内相控阵ADCP技术的开发研究

声学多普勒海流剖面仪（ADCP）是海洋勘测领域的一项高新技术,ADCP的相控阵技术在换能器阵体积重量不增大的条件下进一步提高了测量范围和测速精度。本文着重介绍我们开发相控阵ADCP的情况及实时处理的湖上试验结果。试验表明相控阵ADCP测流原理是可行的,测量精度可达到1cm/s。     

深水换能器现状及展望

国家近年来加强了对深海声学系统的应用研究,而深水水声换能器为深海科学研究提供技术支撑。为了对深水换能器的材料特性、耐压结构设计、在深水环境下发射性能和接收性能的测试手段能够深入了解,特别介绍了美国及中国深水换能器发展现状,并提出开展耐高静压换能器有源材料、耐高静压水声无源材料、换能器耐压结构和工艺、高静水压测量技术等方面的研究。     

大功率水声换能器的测量方法

本文是对大功率水声换能器测量方法研究的总结。详细介绍了两种新的测量技术,并给出了测量例子,分析了测量精度。对于换能器在大功率下表现出来的非线性特性的量度方法也进行了描述与分析。     

水声测量用声脉冲瞬态抑制方法的理论研究

水声测量用声脉冲瞬态抑制方法是根据所希望的发射信号对换能器等效电路进行反向推导,得到解析的激励电压波形,用该电压波形激励换能器,可在小空间水域中得到无瞬态过程的声压波形,用于对低频换能器的校准或声学材料性能的测量。     

基于矢量运算的换能器指向性图修正方法

换能器的指向性测试是其声学性能测试的基本项之一。文章对换能器的指向性测试时,声中心与机械装置的旋转中心存在偏差的情况进行分析,并采用极坐标下矢量运算的方法进行理论分析和仿真,得出该偏差会直接对测试结果引入幅度与角度偏差,使全指向性换能器指向性图形成类似心形的指向性图,并得到了一种换能器指向性图修正方法。实测结果表明：当声中心与机械装置的旋转中心存在偏差时,换能器指向性响应测试及指向性开角的判读会存在偏差,同时文中提出的指向性图修正方法对此工况下的测试结果有较好的修正效果,有助于提高水声换能器指向性测量的精度,且具有良好的工程适用性。     

压电换能器的声非线性

压电换能器的声非线性倪以发吴文虬章德（南京大学声学研究所近代声学国家重点实验室南京·２１００９３）１引言近几十年来，在许多领域中非线性效应的理论和应用得到了广泛的重视，如超声成像、声参量阵、无损检测等。这就要求在测量时，需排除系统本身产生的非线性、包...     

5Hz-1000Hz甚低频宽带发射声源

0引言随着航空声纳浮标、拖曳线列阵、舷侧阵等声学阵列和声学传感器技术的发展,新型阵列和传感器工作频带下限已降低至100Hz以下,在外场(湖上、海上)对阵列和传感器的测试和校准的需求明显增多,现有的基于压电陶瓷PZT的球型换能器、圆环换能器等无指向性测量声源具有明显的局限性,工作下限在500Hz以上,从而提出了10Hz～500Hz宽带测量声源的研制需求。     

宽带换能器基阵的计算机辅助设计

宽带换能器基阵的计算机辅助设计杨瑞科，陈启敏，魏忠仁（陕西师范大学物理系、声学所西安·７１００６２）１前言换能器（或基阵）是超声及水声设备中必不可少的关键部件，且是声学检测设备区别于其它设备的主要标志。由于换能器向着大功率、高指向性、宽带等方向发展，...     

2006年全国声学学术会议在福建厦门召开

在福建厦门组织召开的2006年全国声学学术会议．共录取论文356篇。会议特别邀请应崇福院士、沈钧贤研究员、李明轩研究员分别就大家十分关心的问题作了大会报告。论文集中刊登论文280篇，包括综述报告3篇，物理声学13篇，水声学62篇，超声学、量子声学与声学物理效应56篇，噪声、噪声效应及其控制34篇，结构与建筑声学14篇，语言声学与语音通讯14篇，生理与心理声学11篇，生物声学1篇，音乐声学3篇，声学测量、信号处理与分析的方法、仪器55篇，声学换能器14篇。这些论文充分反映了我国声学工作者在声学研究和声学技术等领域中所取得的最新成就。     

超声换能器声场的激光可视化研究

为了提高超声检测的灵敏度和检测精度,优化检测工艺参数,充分了解超声换能器形成的声场至关重要。搭建了超声换能器声场的激光可视化实验平台,利用超声换能器在试样中激发出超声波,利用激光散斑接收试样表面某点在一段时间内的位移,再通过扫查获得一定区域内质点的位移,进而形成多时刻的质点位移场,以此实现超声场的动态显示。利用该系统对超声换能器声场的扩散情况进行了探测,探测结果与理论计算结果基本一致。