超声波声场的数值计算与仿真

从理想活塞声源声场的计算方法人手,引入脉冲波修正和衰减修正,推导出了适用于连续波和脉冲波声场计算的公式,并论述了超声波声场的的数值计算方法．同时编制了声场计算程序,实现了超声波声场的计算机仿真．     

非衍射波X-wave的仿真

X-wave是一种超声脉冲非衍射波,它在传播过程中保持一定能量分布局域性而不发散,具有良好的非衍射性,因此可以用于雷达和通信、医用成像和组织识别.为了探讨X-wave波物理实现的有效途径,该文对非衍射X-wave进行了仿真,提出了用环行超声传感器发射声场,采用瑞利--索末菲时域衍射公式计算声场,并讨论了结果.该文对X-wave波的物理实现具有一定的指导意义.     

基于波叠加近场声全息射线波函数的信息补偿

基于波叠加法的近场声全息技术因其在适应性和数值计算上的优势,近年来已经被广泛应用于声源识别、定位和声场分析.在基于波叠加法的近场声全息技术中,以射线波函数为波叠加法的积分核函数可有效改善系统矩阵的病态性,提高声场计算的数值稳定性.但由于射线波函数在低波数处的指向性过强,声场信息主要集中在射线波函数的主指向处,导致了其他...     

脉冲波在随机雨介质中的传输特性

在用随机系统法得到随机雨介质中电磁波传输函数的基础上,导出了雨介质中的脉冲波的双频相关函数和强度解析表达式．研究了脉冲波的起伏特性．分析了脉冲波展宽效应机理,得到脉冲波群速度与电波频率、降雨率的函数关系．在毫米波段仿真计算了频率与带宽对脉冲波展宽速率的影响．通过计算得出了以下结果：水平极化脉冲波的展宽速率大于垂直极化的脉冲波;脉冲波展宽速率随带宽和降雨率增加而增加．     

Pekeris波导中近程声场数值算法

对Pekeris波导中近程声场进行了波动理论分析并设计了数值算法。重点分析声场的侧面波部分,并设计了解析解和数值解相结合的算法,大大提高了侧面波的计算精度,对于简正波,运用高效数值方法解频散方程,提高了简正波的计算精确和速度,海试结果与理论预报较为一致,证明了所讨论算法的正确性,理论与海试结果表明,侧面波在近距离及深海中等距离是不可忽略的,最后将声场波动模型与射线模型进行了对比,二者符合较好,讨论的方法在预报近程声场方面有特色。     

基于改进的快速场模型的空气声源跨越空-水界面辐射声场仿真

建立空气声源跨越空-水界面辐射声场的快速场仿真计算模型,并提出改进的可以处理海底为弹性介质时的声传播计算方法。通过用理论值和用传播矩阵法计算的水平波束与幅度、相位关系图以及传播曲线的比较,验证了仿真计算算法的正确性。仿真计算结果表明:该方法在计算空气声源的辐射声场时,既包含了离散模式部分,又包含了连续模式,对中短距离的声场进行计算的结果较准确,优于简正波方法。通过该仿真算法可对空气声源的在空气及水下的辐射声场进行分析,对进一步研究水下对空中目标的探测技术具有重要意义。     

L波段大功率电磁兼容测试发射机研制

为了用于电磁兼容测试,研制了一种L波段行波管发射机.该发射机可工作在脉冲波、连续波两种方式,输出功率大于1 k W.根据连续波发射机的特点,叙述了射频系统、高压电源、栅极调制器、灯丝电源、正/负偏电源、监控电路的设计思路,对工程设计中高压电源启动冲击、电源输出电压同步、馈线系统、结构设计等关键技术进行了分析,最后给出了发射机测试结果.测试结果表明该发射机性能指标完全满足设计要求.     

Pekeris波导中侧面波矢量场

侧面波作为近距离声场的重要成分,因其现有近似公式误差过大而给近距离声场分析和预报引入较大误差.针对Pekeris波导,在推得矢量场积分公式基础上,经严格的围道积分分析,推得侧面波矢量场积分公式,并对其设计了快速数值积分算法.该算法将侧面波原来的计算精度提高了1～2个数量级.数值分析表明,侧面波声压场与矢量场具有相近的衰减规律:相对于海深的近距离内,衰减率接近球面波;中等距离衰减率近3倍于球面波;远距离衰减率2倍于球面波.在几倍于海深的距离内,侧面波占总声场的主要成分.海试结果与声场理论预报接近,初步验证了该算法的正确性.     

3mm波相参脉冲放大链

根据3 mm波段相参脉冲雷达对发射机的要求,拟定了基波注入锁定3 mm波谐波振荡器、3 mm波连续波雪崩振荡器和两级脉冲雪崩振荡器级联注入锁定的放大链路方案,提出并实施了"脉间异频防泄漏技术",抑制了漏信号对系统工作的有害影响,实现了当输入电平为2 mW的6 mm波信号时,3 mm波输出脉冲峰值功率大于5 W,脉宽约30 ns。     

对消技术在连续波雷达中的应用研究

连续波雷达在实际中应用广泛,确保社会经济发展及国防事业建设顺利进行。但在应用过程中发现连续波雷达存在严重的发射直波泄漏信号情况,一定程度上限制连续波雷达的应用推广,因此有必要做好应对此种情况的措施。本文中主要研究连续波雷达中对消技术的应用,希望通过理论研究有效解决发射直波泄漏情况,促进我国雷达技术进步完善。     

改善超声清洗中声场均匀性的研究进展

超声清洗是功率超声最为广泛的应用之一,清洗效果受各种条件影响。为了改善驻波声场对清洗效果的影响,分析了声场分布在超声清洗中的影响作用,综述了近年消除驻波、改善声场均匀性的超声清洗新技术,对超声清洗技术的发展作出了展望。     

干式超声清洗头空腔结构声模态特性数值模拟

为研究干式超声波清洗头空腔结构的流场和声场特性，根据干式超声清洗头的超声波发声机理设计了通过流体间流体力学相互作用发声的3 mm腔体(小腔体)结构和通过流体与声学模态共振相互作用发声的10 mm腔体(大腔体)结构，采用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对所设计的方腔展开数值研究。结果表明：两结构有着相似的流场特性，相同压力条件下小腔体的流激振荡更激烈；腔体内最大流速随压力的增大而增大，最大流速的增长率随压力增大而减小，不同的腔体在相同压力条件下最大速度、最大速度的增长率相近；两种结构均能产生超声波，其超声波发声机理与腔体尺寸相关，发声机理与预测值相符。研究表明，针对干式超声波清洗头的流道结构设计并不局限于流体间流体力学相互作用发声的小腔体，大腔体同样可以产生强烈高频超声波，这为干式超声波清洗头的结构设计提供参考。     

电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.     

基于多球域波叠加法的PNAH的虚源配置研究

阐述了基于多球域波叠加法的局部近场声全息声场重建原理,在此理论的基础上,采用重心法用于不规则振动体的多球形虚拟源强配置研究,并根据灰度重心法将多球形虚拟源分为质心球虚拟源强和非质心球虚拟源强两类。并在加入高斯白噪声情况下,运用L-曲线和Tikhonov正则化相结合的方法进行声场重建,通过计算和仿真证明了该方法的有效性。     

综合判定方法在超声波测桩中的应用

本文讨论了声波各项指标在基桩测试中的应用,分析了原有规范在基桩超声波测试评定中的不足之处,提出了解决的办法。从理论上证明了波速、波幅在评定混凝土缺陷时是相互影响的,指出了各个指标对缺陷测试的贡献,提出了利用各个指标进行基桩质量的综合判定的方法,即在基桩超声波测试时应采用综合判定以达到评定结果的可靠性。     

变厚度曲面构件超声检测灵敏度补偿

为了解决变厚度曲面构件超声检测灵敏度补偿问题,提出声场计算与试验测量相结合的补偿方法.描述了单个高斯声束在介质中传播及穿透曲界面时的声场变化,根据自动探伤时探头位置、工件厚度和形状,利用多元高斯声束叠加方法,推导出水浸穿透法超声检测系统接收声场模型.在实际应用中,考虑介质吸收、散射引起的衰减,衰减系数通过试块插入取代法测量出.采用修正后的接收声场模型可以预测不同检测参数下的接收声压,准确计算出各点接收声压的衰减,进行灵敏度补偿.试验结果验证了该方法的正确性和实用性．     

A comparative study of flow induced by 1D, 2D and 3D ultrasounds

The acoustic streaming which can facilitate the heat and mass transfer inside liquids is of great importance in ultrasonic processing. Most of previous investigations were mainly focused on the acoustic streaming induced by one dimensional(1 D)ultrasound. In this paper, the flow field generated by 1 D, 2 D and 3 D ultrasounds in a cubic box filled with water was investigated by numerical simulations. It is found that the jet flow emitted from the sound source is in the form of cylinder, vortex and wave,for 1 D, 2 D and 3 D ultrasounds, respectively. When the ultrasonic dimension is increased, the flow becomes much stronger in the vicinity of the sound source but little weaker at the box center. By comparing the patterns of the flow generated by the ultrasounds of different dimensions, we demonstrate that 3 D ultrasounds not only enhance the overall flow strength, but also effectively promote the uniformity of the flow and enlarge the size of vortices.     

基于相位调整的三维超声微操纵技术

为了将超声辐射力应用到微机电系统领域,以达到对微构件进行无损、非接触遥操纵的目的,开展了三维超声辐射力场合成的理论与实验研究,提出了基于相位调整的三维超声微操纵技术.在研究单个圆形平面活塞换能器声场分布以及声场和辐射力关系的基础上,将以相同频率驱动的4个平面活塞换能器呈正四面体放置,利用声波合成原理获得三维超声驻波场,通过调整各个换能器发射信号相位之间的关系实现对微构件在空间范围内的俘获、移动、释放等操纵.实验结果表明,该技术能够有效地实现对微构件的三维操纵,具有响应速度快、定位精度高、易于控制、操纵范围广等优点