海水声速测量方法及其应用

在水声研究和海洋工程中,广泛地需要测量海水声速。纵观水声技术的发展历史,声速及其测量方法和手段一直是水声研究的基本问题。从水下声传播速度的物理特性出发,介绍了典型海洋声速剖面的特征,以声速剖面对声传播的影响为关注对象,示例说明了其对声纳最佳探测深度及声纳探测距离的影响,以及声速测量在大洋测温中的应用。在声速剖面测量方法方面,介绍总结了国内外的声速测量设备的原理、技术发展趋势以及主要产品。最后给出了海洋声速剖面测量的发展展望。     

沉积物声速现场测量装置

引言 关于海底沉积物声传播速度的测量方法,是多种多样的。为了尽可能减少样品的扰动和所处环境的差异,以获得可靠的测量数据,应采用现场测量技术。据报道,国外已开展这方面的研究,目前被认为较为完善的是Anderson和Shirley等人设计的可穿透9m的声管,以用于测量沉积物的声速和衰减。但是,由于重力取样管高速插入沉积物的摩擦和相对弱耦合的影响,会使表层(即泥-水界面)的测量精度降低。 一般地说,环鸣法和脉冲时延法,都是现场测量声速的有效方法。但是,声在浅海沉积物中的传播情况相当复杂,声速变化范围大;还有传播衰减和混响,使得接收信号…     

固体声速测定用分频器的研制

一、 PEO法测量声速 的特点 固体声速的测量是探索材料微观结构的一种重要方法,因为声速及其变化直接反映了物质内部的物理过程。但是,声速测量之成为研究中的有用手段,还有赖于它的高精度。近代各种物理研究课题要求测量的相对精度高达1～10ppm[1][2],声时测量精度在1ns以下[3     

三元阵被动测距在浅海低频条件下的声速修正

声速是三点被动测距方法中影响距离解算精度的重要参数,当声呐系统的工作频率较高时,一般直接使用海水声速。但随着远距离探测声呐技术的发展,声呐工作频率越来越低。浅海波导中传播的低频声信号的相速度和群速度明显不同于海水声速,选取哪个声速项用于距离解算是一个值得研究的问题。通过理论分析与pekeris波导中的数值仿真,确定了三点被动测距解算公式中的速度项应为相速度。仿真结果表明选用简正波相速度用于距离解算能有效降低浅海低频时三点被动测距方法的误差。     

环鸣法声速仪超声波发射或接收电路设计研究

本文将在深入分析环鸣法声速仪结构的基础上,来阐述环鸣法声速仪的工作原理,从而设计出一种超声波发射/接收电路,然后对整个电路的使用性能进行分析,以期获得理想的超声波,提高测量的精确度。实验分析表明,本文对电路的设计符合声波测量的要求,并且整个电路的结构还比较简单,易于操作和利用,值得推广应用。     

基于参考点之间水声传播的声速剖面反演

针对海洋声速剖面测量成本高、长期观测困难的难题,文章初步研究了利用水下固定参考点与水面已知位置之间的声信号传播时延来反演海水声速剖面的方法,提出了一种等声速分层模型下的声速剖面反演方法。将海水分层,对声信号传播过程进行建模,推导反演声速的非线性方程组;再利用牛顿迭代法,对非线性方程组进行求解。通过仿真和海试试验数据处理,分层数不同时,反演声速与实际声速之间的误差随着分层数的增加而变小,声速误差最小为0.80 m·s^-1左右,验证了反演方法的有效性与准确性。     

超声波速度的精密测量理论及其应用

一、引言 超声波在媒质中的传播速度是一个重要的物理量。在各种声速测量方法中,脉冲回波重合法(PEO)[1]测量声速绝对值的精度较高,因而受到重视,已成为实验室中测量材料的声速和弹性常数的标准方法[2-5]。我们采用脉冲回波重合法制成的TA—060型超声波速度测量仪[6],测量精密优于万分之二,还能够测出材料由于受外界各种因素引起的声速微小变化(例如高温,低温,高压,电磁场,应力,硬度等)。脉冲回波重合法测量声速的精度较高,是因为它可能实现精确的衍射修正,耦合层修正,以及取得较长的声程。 本文叙述了用于超声波速度精密测量的理论,并应…     

采样时沉积物声学特性的现场测量方法

本文描述了一个联接到沉积物采样器上的测量系统,为的是当沉积物采样器工作时能在现场得到沉积的声速剖面。该系统使用了安装在采样器的探头里的二个电声换能器,以及相应的电路,以便测量声脉冲通过沉积物样品直径的时间;给出了实验室和野外的测量结果,亦进行了把测量声速的系统推广到测量沉积物的声衰减和沉积物内体积散射的可能性的研究.     

应用矢量水听器阵反演浅海海底地声参数

0引言地声反演是获取海底声学参数的一种重要方法,地声反演方法是海洋声学研究的重要内容之一。目前,绝大部分地声反演方法都基于水听器阵列接收的声压信号来进行,而应用包含质点振速在内的声矢量场进行地声反演的方法则相对较少。矢量水听器是一种重要的新型水声传感器,能同时测量声压信号和质点振速信号,已有研究表明,在浅海声传播情况下,声压与质点垂直振速有不同的传播特[1]     

利用声音研究海洋

因为电磁辐射在海水中衰减极强,而声却能有效传播很长距离(甚至可绕地球一周),所以,科学家和工程师们设计了许多在海洋中用声来代替光、无线电和微波的精巧方法。水声应用种类繁多,包括遥感、遥控、通信、导航和声源探测/定位等。本文给出了利用声音研究海洋(包括海床)的从古代到两次世界大战、到现代先进测量技术和计算机分析的历史概览。随后,重点描述了正在进行的海床地球物理特性估计的研究,并利用不同的海洋声学测量和概率反演理论量化其不确定性和可变性。     

一种高精度测量超声波速度的装置

一、引言 精密测量超声波在媒介中的传播速度,“对于研究物质结构具有极其重要的意义,特别是对于某些固体材料如单晶随外界条件的变化(如温度,应力,磁场等)而发生的微小变化,从而可以研究物质微观结构的变化。因此,研究高精密度的声速测量方法及设备,在固体物质,材料科学的研究中有着广泛的应用。 脉冲迭加法[1]、[2]、[3]、[4]广泛地用于测定超声波脉冲的传播时间的微小变化,测量精度高,测量过程自动化。本文将报道用集成电路制成的一套自动的脉冲迭加系统,它与以前的设备相比,稳定可靠,费用较低,测量声时微小变化的灵敏度达±2 × 10-7。…     

声速经验公式的适用范围分析

声速经验公式是海水中温度、盐度和静压力的函数,通过对直接测量声速和间接测量声速的分析,并应用近年来收集的南海声速剖面仪SVP和CTD数据,对九种声速经验公式计算的声速与直接测量声速的差异进行了分析,得出了声速经验公式的计算差异范围,结果表明各个声速经验公式各有优势,不同的公式适用的范围也不一样,并给出了在不同的范围内应用何种声速经验公式能获得较高精度的结论。     

利用字典学习的浅海被动声层析

针对被动海洋声层析,提出了一种利用字典学习从海洋环境噪声反演浅海声速剖面的方法。首先,通过海洋噪声互相关函数提取出两个水平阵列间的经验格林函数;其次,通过字典学习从数据生成字典矩阵来稀疏表征声速剖面;最后通过搜索稀疏的系数来实现对浅海声速剖面的反演。通过南海实验数据对本方法进行了验证,相对于传统被动海洋声层析方法实际反演结果的均方根误差降低为0.53 m·s^-1。而且搜索参数更少,同时具有较高的准确性。     

声阻抗梯度变化介质的吸声性能研究

0引言近年来,声阻抗梯度变化介质已经成为人们研究的热点问题。朱金华[1]设计合成了多种不同配方的聚氨酯材料,并详细研究了梯度聚氨酯介质中的声吸收。王源升[2-3]等人对梯度聚氨酯材料进行了研究。虽然国内外学者对声阻抗梯度变化介质结构很关注,但没有对其吸声机理进行研究,因此对声阻抗梯度变化介质中的声传播特性和参数分析进行研究具有非常重要的意义。     

浅海负跃层对声传播影响的仿真研究

0引言夏秋季节,在浅海常常存在强烈的季节跃层,季节跃层对声传播具有重要影响。在负跃层海域,海水可以分成三层,在上层和下层声速随深度变化缓慢,而在中间层变化剧烈。在这种环境下,声传播特性强烈的依赖于跃层的深度、厚度和强度。本文采用浅海声传播的波束位移射线简正波(BDRM)理论[1,2]定量分析浅海负跃层对声传播的     

利用周期性板结构实现声波准直发射

0引言由于在海洋渔业、地质探测和医疗器械中的重要应用价值,声波的准直发射一直受到人们重视。随着人工声学材料的发现,利用这种新颖材料来实现声波准直发射很快引起人们的研究兴趣,如利用声子晶体带边态[1]、声子晶体表面波[2]、结构声表面波[3-4]等来实现声波的准直发射已被报导。在本文     

超声仿人体组织材料声学参量测量研究

为了准确可靠地测量超声仿人体组织材料的声学参数,测量和评价仿组织体模中的填充材料,本文搭建了基本声学参数测量装置,编制了数据采集处理软件,实现了对材料声速、声衰减和超声背向散射系数的自动测量。针对不同成份的样品模块,利用本文所述系统对样品声学参数进行了测量。结果表明,声速和声衰减测量结果与理论值基本一致,背向散射系数随着超声频率的提高有所增大。     

测量生物体活体脏器超声声速的探测器械

一 、引、言 生物体活体脏器及其它软组织的声参数较之高体器官的声参数将更能为超声诊断和治疗提供可靠的依据。为此,开展生物体活体脏器及其软组织的超声测量,取得在正常生命代谢状态下的声参数,是十分有意义的工作。 由于对声速测量的方法和装置都是通常使用的,大家都已熟知,本文不再详述。本文仅就用于实现对实验动物活体脏器进行超声声速测量的专用探测器械作一介绍,并附有初步的测试数据。 二、探索器械的结构及应用 测量采用声脉冲反射法或透射法。如图1所示,测出声脉冲在某一脏器中传播所需声时值T和量出被测脏器的厚度值d,代入公…     

浅海声速剖面对吊放声纳探测距离的影响

吊放声纳的作用距离不仅和自身设备性能有关,还和海洋水声环境特性及吊放声纳入水深度有着密切的关系.本文阐述了浅海不同声速剖面中的声传播特性,通过仿真声线轨迹分析了几种典型的浅海声速剖面对声传播的影响.通过对声纳、水声环境以及目标的模型化计算,利用射线模型仿真了几种不同声速剖面情况下吊放声纳的主动作用距离.分析了吊放声纳入...     

少量声速剖面时浅海声传播不确定性研究

当只有少量的浅海实测声速剖面时,不能直接利用Monte Carlo法研究声传播的不确定性。基于经验正交函数法,提出扩展向量法对少量实测声速剖面进行扩展,产生与实测声速剖面统计量基本一致的扩展声速剖面,基于MonteCarlo法,利用扩展后的声速剖面计算了声传播损失概率密度分布。结果表明,扩展向量元素服从标准正态分布,扩展后的数据捕捉到了未能测量到、但可能存在的声速剖面,该方法为浅海环境下实测声速剖面数据较少时,研究声传播不确定性提供了一种新的途径。