水听器复数灵敏度的激光法校准

利用激光测振技术直接检测声场作用下的水介质质点振速,通过推算得到声场中该点声压的幅值和相位,从而可精确校准水听器的复数灵敏度.利用该技术,我们在10～100 kHz频段建立了一套水听器复数灵敏度的校准装置.本文简要介绍了装置的校准原理、方法以及各组成部分,并对Φ20球形水听器进行实验测试.结果表明,激光测振技术是一种有效的校准水听器复数灵敏度的方法,校准结果具有很高的精度.     

矢量水听器的声压场特性研究

1引言 矢量水听器由声压水听器和质点振速水听器复合而成,声压水听器测量空间的声压,质点振速水听器测量声场中的质点振动速度,因此,矢量水听器共点、同步测量声场的声压标量和质点振速矢量.一般,矢量水听器是将声压水听器均匀布放在振速水听器(球型)周围.根据声学理论可知,由于振速水听器的声散射和二次辐射,会对声压水听器的测量结果产生影响.因此,需要对振速水听器的近场声压特性进行理论研究.本文从同振球型振速水听器的工作原理出发,对其声压场进行了理论计算,分析它对声压测量值的影响.     

水声材料构件声学特性参数行波管校准装置

发展了一种基于行波管测量技术的水声材料构件声学特性校准装置,行波管内径为Φ208mm,最高静水压为6MPa,在实验室模拟海洋水温、水压环境下对诸如声障板、消声瓦、隔声瓦等水声材料构件样品的反射系数、透射系数和吸声系数实施100~4000Hz频率范围内的校准/测试。行波管两端分别配置一对耐压低频发射器,采用主动消声技术,先在管中建立起行波声场,管壁上的8只水听器采集样品两边的反射和透射声场,由双水听器传递函数法得到严格定义的样品声压反射系数和声压透射系数。通过对标准样品的实际测量结果和理论计算值进行比较验证了校准装置的校准/测试性能。     

基于激光全息法的聚焦换能器近场声特性分析

研究了基于激光全息法的低频聚焦换能器近场测量方法,分析了利用激光全息法测量近声场特性时的基本原理,构建了一套实验测量系统。为验证该方法的可行性与准确性,利用激光测振仪对1个由25个压电小柱按5×5排布构成,频率为80kHz且表面带有自聚焦声透镜的聚焦换能器的声场进行实验测试和推算,获得了距离该换能器辐射凹面中心50mm处振动膜片上的声压幅度和相位分布,推算出此聚焦换能器声轴线上的声压分布与焦点处声压分布,同时使用COMSOL模型仿真与水听器测试,对比验证了激光全息近场测量后远场外推结果的高准确性。     

一种基于光学技术的超声场测量方法研究

传统的水听器扫描法测量声场是一项冗繁、耗时的工程,光学三维条纹成像技术能在短时间内定量的测量声场.本文介绍了一种基于三维条纹成像技术的超声场检测方法,由CCD获得的声光衍射的断面强度图计算出光波经过声场后的相位分布图,对多幅不同角度相位分布图进行三维重建,由折射率和声压的关系可得出三维声压分布.通过实验结果和水听器得到的数据比较,两种结果有较好的一致性.     

水听器法的医用超声声场参数测量不确定度分析

提出了一种基于水听器法测量医用超声声场参数的测量装置,可通过扫描声场获取IEC 61157国际标准所要求的声场中峰值负声压等医用超声诊断设备的声输出参数.同时以一种B型超声诊断仪为例,对声场中声压的测量不确定度进行分析,分别给出A类、B类测量不确定度及标准不确定度,并对影响测量结果的主要因素进行了评定,得出当声压测定结果为1.456 4MHz时,其最小扩展不确定度可为0.215 0MHz.     

球形障板对矢量水听器接收性能的影响

矢量水听器可以同步共点测量声场空间一点处的声压和质点振速的各个分量,因此其被广泛应用于水声测量、探测、通信等领域。矢量水听器在水声测量的应用中会受到安装载体散射声场的影响,而这种载体可以看作为障板,由于障板的存在使散射声场的分布发生改变,以及矢量水听器的接收性能下降。仅以绝对硬边界为例,对球形障板的散射声场进行了理论计算和仿真分析。并且对带障板条件下矢量水听器的接收指向性的变化进行了仿真研究。结果显示,从散射声场分布图可以直观看出声场发生的变化,矢量水听器的接收性能变化与障板的尺寸、与障板距离远近、声波发射频率等因素有关。     

光子相关法测量空气声场中的粒子振速

声场中的粒子振速是评价空气声场特性的一个重要参量。在平面波声场中,通过获取激光多普勒测速仪对不同声压级声场中散射粒子产生的光电信号,采用光子自相关法对原始多普勒信号进行处理,粒子的速度量值根据相关函数的时间特征值得出,并与传声器测量声压值计算的粒子振速值进行比较。在原有自相关算法的基础上,利用样条插值法来估计相关周期,减小原有信号频偏与多普勒频率之比并非整数倍的引入的差异。实验结果表明,光子相关法能够获得声场中的粒子振速,与传声器测量值吻合较好,当振速较大时,插值法有利于减小测量偏差。在96~110 dB的声压量值范围内,光子相关法与传声器测量值之间的振速偏差优于0.7 dB。     

超声造影剂微泡非线性声学特性的数值仿真

以空气泡为例,采用描述气泡半径运动的Rayleigh-Plesset方程,对其在高频声压辐照下的非线性振荡,散射声场和散射截面进行理论和数值研究,为获取更清晰的图像提供理论依据。结果表明:激励声压的频率在微泡的固有谐振频率附近时,可以产生强的二次谐波散射声压。同时,提高入射声强可以增大二次谐波散射截面,但不能改变基波散射截面。     

治疗超声系统中换能器声学性能的声全息法评估

换能器的聚焦特性等声学性能是治疗超声系统的重要参数之一,在出厂前和日常维护中须精确测量。目前常用的水听器测量法结果准确,但受声压幅度及测量效率的限制,高功率量程的声功率计造价较高;而基于声全息的表面振动模式测量法可作为高声压下水听器和声功率计测量法的补充,测量小声压平面并对高幅度声压焦域进行重建。为评估声全息法的准确性,文章研究了在小声压下使用基于声全息的表面振动模式测量法对声场进行测量和重建,分析该方法与水听器测量结果之间的功率和声压误差,以及影响误差的重要参数。结果表明,基于声全息的表面振动模式测量法可重建得到与水听器直接测量相近的结果,有望对高声压下工作的换能器的声场特性进行评估。     

基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

根据基于波叠加方法的声全息技术研究了水下声源的辐射声场预报问题,通过水听器阵列测得的复声压预报三维空间声场的声特性。数值仿真分析了一有限长圆柱壳模型在不同频率力激励作用下的声场预报精度,发现测量阵列尺寸与结构尺寸相近即可准确预测声场。水池和湖上实验分别对柱形换能器声源和加肋双层圆柱壳受激辐射声场进行了预测并和实测值进行了对比,结果表明该方法是一种稳健有效的声场预报方法。不同频率下,二者误差一般在3dB以内,能够满足工程需要。为实际水下大型结构的空间声场预报和降噪性能预估提供了工程参考。     

聚焦换能器声功率近场互谱测量方法研究

针对辐射力天平法与量热法只能获得单一声功率量值,而高强度聚焦声场中焦平面扫描易损坏水听器的问题,开展基于近场互谱的声功率测量研究。搭建单水听器近场互谱测量系统,对声场预聚焦区域两平行平面进行声场扫描;基于互谱声强原理计算电声强频谱,进而通过水听器声压灵敏度幅频响应计算声强与声功率。通过单边互功率谱极坐标变换水听器幅频响应修正的方法,解决非线性声场中水听器幅频响应不平坦带来测量误差的问题。与基于浮力变化原理的量热法对比,超声功率测量偏差小于10%,验证近场互谱法测量高强度聚焦超声功率的有效性。     

超声肿瘤治疗头非线性声场测量方法研究

针对超声肿瘤治疗头声场中易出现的非线性现象,开展基于近场测量法的超声肿瘤治疗头非线性声场测量研究。搭建测量系统,使用单个探针水听器对非线性声场中被测位置前后两个相距很近的平行面进行声压扫描测量,得到两个平面上的声压数据后,通过对两组声压数据的互谱运算,得到被测位置上的声强和声功率。对3个位置进行声场测量,测量数据显示,3个位置上声功率的一致性误差小于5%;同一位置上声功率的重复性误差小于2%。与辐射力天平法进行比对实验,3个位置上声功率的相对误差皆小于5%。结果表明,近场互谱法适用于非线性声场的测量,且能够获得声压、声强和声功率3个声学参数,可以全面地评价超声肿瘤治疗头的性能。     

测量超声场声强用组合式水听器的设计方案

介绍1种可用于测量超声波声场强度的新型水听器。它是由声压型水听器与振速水听器在结构上组合为一体而构成,文中描述了这种水听器的基本结构型式,工作原理及特性。     

二维声场的光学扫描方法

基于声光效应原理,研究了一种声场扫描方案。通过旋转和平移扬声器,激光测振仪可测得声压在不同路径上的积分投影,利用这些投影信息通过反Radon变换算法重建出被测声场的声压分布,在重建分辨力一定的情况下,可以提高实验效率,缩减实验时间。以扬声器发出的2kHz声场为被重建对象,重建结果显示出声压的二维空间分布,并且空间和角度分辨力分别达到了5mm和10°。     

基于遗传算法的单矢量水听器多目标方位估计

矢量水听器能同时获得声场中某一点的声压标量和质点振速矢量,获得了比常规声压水听器更多的信息。矢量水听器自身是一个空间共点阵,具有一定的空间指向性,这些特点使矢量信号处理技术与声压信号处理技术具有重大差异。根据单个矢量水听器多目标分辨的数学模型,即声压和振速的偶次阶矩组成的非线性联立方程组,研究了该方程的解算方法,给出了可以使用遗传算法求解该非线性方程组的结论和计算精度。     

聚焦超声声场中的散射体成像方法

在实验室条件下,研究了聚焦超声声场中的散射体成像问题。将一个纽扣作为散射体置于一聚焦换能器所产生的声场中,以频率为1.17MHz的脉冲信号经功率放大后激励聚焦换能器,声波作用于纽扣后发生散射,借助于三维自动扫描系统和PVDF膜片水听器,测量得到了散射声场中前三次谐波的声场分布,膜片水听器敏感元件有效尺寸为1mm。利用角谱法反演了散射体所在处的声场,通过与散射体实际的形状特征进行比较,发现反演的结果与散射体特征吻合良好,由此得出结论,在信噪比足够大的情况下,利用聚焦声场所产生出的高次谐波,可以得到分辨率较高的成像效果。     

水下目标低频辐射噪声矢量声场干涉测试分析

矢量传感器具有与频率无关的偶极子指向性,可以同步、共点和独立测量声场中的声压和质点振速,在水下目标辐射噪声测量领域得到广泛应用.本文采用虚源干涉模型和简正波矢量声场理论,计算和仿真分析了水下目标低频辐射噪声声压与质点振速近程声场的时间-频率干涉图案,利用单矢量传感器辐射噪声测量系统在北黄海海域对单个和两个目标的水下辐射噪声进行了测试和分析.结果表明:水下目标低频辐射噪声声场质点振速水平分量与声压的时间-频率干涉条纹具有相似性,而声场质点振速比声压的时间-频率干涉条纹清晰,且质点振速能够抑制目标与目标辐射噪声之间的干涉;利用质点振速LOFAR图,可以判定水下目标的数目,区分水面和水下目标.     

矢量水听器自动校准系统的研究及实现

研制的矢量水听器自动校准系统在水声计量领域具有重要的应用价值,能够实现低频范围内矢量水听器的自动校准。利用动态信号采集卡采集被测信号和标准水听器的输出信号,对驻波管内的声场分布进行了测量分析,对系统的测量不确定度进行了分析评定,对声压灵敏度进行了比对测试。该系统校准矢量水听器的扩展不确定度为1.6dB。     

组合传感器在水声通信中的应用

1.引言 由于水下防卫和民用海洋开发日益增长的需求,水声通信在近几年得到了较快的发展.直到最近,分集接收和自适应处理技术一直是抵抗信道衰落的主要方法,但其效果并不理想[1].组合传感器(矢量水听器)的出现为解决这一问题提供了新的途径,与传统的声压水听器相比,组合传感收器可同时、共点测量声场中的声压和三个正交方向的振速信息,而且组合传感器具有与频率无关的自然指向性.本文提出了一种基于组合传感器的声压和振速联合处理的抗信道多途衰落的方法.仿真结果表明该方法可抑制信道衰落和降低误码率.