变温变压环境中大面积水听器灵敏度低频校准方法

针对在变温变压环境中缺少低频大面积水听器灵敏度校准手段的问题,提出了在行波管中校准水听器的半行波管法:将待校准水听器放置于行波管中,通过控制行波管两边的有源终端,在待校准水听器与辅助换能器之间形成行波场,与主发射换能器之间形成驻波场。推导了水听器灵敏度的校准公式。在常温常压环境下,通过与传统低频校准方法的比对,校准结果具有良好的一致性,证明该方法可以有效校准大面积水听器的灵敏度;在不同温度与压力环境下对水听器灵敏度的校准结果,说明了该方法在变温变压条件下校准水听器的可行性,为大面积水听器灵敏度的校准提供了一种方法;对该方法进行了测量不确定度评定,其扩展测量不确定度为3dB。     

两换能器互易法校准高频水听器若干影响因素的研究

两换能器互易法由于将校准归结到若干电学量的测量,目前是校准高频水听器的主要方法之一。校准水听器过程中,在保证电学量测量精度的情况下,开展了诸多影响因素的研究,主要包括辅助换能器有效直径、声场中心对称性,水听器浸泡时间,水含氧量及衰减修正等引起的影响研究等。研究表明,在准确计算出衍射修正参数G1、平均效应修正参数G2的前提下,辅助换能器有效直径、衰减修正等引入的影响较大,而声场的非中心对称性、水听器浸泡时间及水含氧量带来的影响较小。结果表明,所建立的高频水听器校准装置,在0.5～15 MHz的频率范围内,校准结果与英国国家物理实验室的校准结果非常接近,结果准确可靠。     

1-10MHz频段内自由场平面波互易校准的初步跟踪研究

随着医学超声的蓬勃发展,对超声剂量的测量与控制的需要与日俱增。国内外均已研制了PVDF压电薄膜水听器用于超声场的测量,也曾开展了以测量辅助换能器的超声功率和指向性因数为基础的轴向声压法校准和自由场球面波互易校准工作。但因技术上原因和设备上的困难,继续提高校准频率不易解决。 本文叙述按照IEC文件推荐的方法,应用瑞利公式,用计算机计算在近场与远场间的过渡区的衍射损失因子,对平面波互易参量进行了修正后,用平面波互易法对1.450MHz,2.102MHz、3.385MHz、4.803MHz和10.187MHz五个辅助换能器的互易校准。获得了它们的发射…     

基于校准腔的线列阵幅度相位一致性校准方法研究

本文给出基于校准腔的水听器线列阵的校准原理和方法,通过搭建基于振动液柱校准腔和柱状换能器校准腔的实验系统进行实验验证,可对低频段20Hz～1kHz和高频段800Hz～10kHz的水听器线列阵的相幅一致性进行校准,并对其扩展不确定度进行分析。     

水听器复数灵敏度相位测时校准法

本文提出并论述了水听器复数灵敏度相位测时校准法.常规的水听器复数灵敏度校准,要求准确测定工作换能器之间的距离,但在具体实施中很难保证测量的准确度.水听器复数灵敏度相位测时校准法,就是利用时间测量取代距离测量进行灵敏度相位校准,文中阐述了水听器复数灵敏度相位测时校准法的测量原理、方法和实施步骤.     

高静水压下标准水听器的自由场灵敏度校准

根据球面波互易原理，建立了基于高压消声水罐的标准水听器自由场灵敏度校准系统。利用该系统，在常压到10MPa不同静水压力下和2-200 kHz频率范围内，分两个频段校准了两只标准水听器的自由场灵敏度，并将其在常压下校得的灵敏度数据与利用“1-200kHz水声声压计量标准装置”校得的数据进行比较，结果非常接近，说明该系统的校准数据是正确的，并具有很高的精度。     

基于圆环阵列的声场仿真及校准实验

针对圆环阵列中声波多途效应难以消除的问题,提出了采用不等间距圆环阵列的方法破坏声波各径的相干性来降低旁瓣性能,减少边缘衍射反射的干扰。通过仿真验证不等间距圆环阵列能够有效降低聚焦波束旁瓣,并根据仿真结果设计最佳环形阵列结构。最后,在实验水池中对圆环阵列进行声场校准实验,分别利用脉冲波与连续波在4～8kHz频率下激励换能器阵列工作,结果表明采用脉冲正弦信号激励的方法可在有限空间内准确测量换能器的轴向声压的特性。     

行波管校准技术

本文介绍静水压在0.1～10MPa,频率在20～4000Hz,温度在4℃～40℃范围内连续可变的水声换能器校准设备——行波管校准装置.校准装置利用有源消声原理在声波导管中产生平面行波.在500～2000Hz范围内可对标准水听器进行互易校准.校准精度优于±0.5dB;在整个频率范围内可对声呐换能器或测量水听器作比较校准,精度优于±0.7dB.     

矢量水听器测试方法研究与应用

声呐作为水下探测、通信的重要设备,无论在民用探鱼或军事探测水下目标上都有着不可或缺的重要作用。随着传感器技术以及信号处理技术的迅猛发展,更尖锐地指向性成为了水听器发展的主要方向,矢量水听器可以同时获得声压信号和质点振速信号,在各种水下测量设备中都有着重要的应用。因此,矢量水听器的校准就显得尤为重要,其x正轴方向的确定、灵敏度及指向性都会直接影响实际应用。本文依据水听器校准规范的要求,结合水听器使用的实际情况,对一种胶囊形三维矢量水听器的性能做了测试,给出了不同频率下的指向性图,并对今后的水听器的发展及信号处理方法做了展望。     

5Hz~10kHz频率范围矢量水听器国际主导比对

利用VHS56、VHS90和KPG-10作为比对传递用矢量水听器,中国杭州应用声学研究所与俄罗斯VNIIFTRI开展了 5Hz～10kHz 频率范围矢量水听器校准国际比对。利用各自的自由场互易法和垂直驻波管比较法校准装置,校准了3只矢量水听器X、Y、Z通道的灵敏度。从校准结果看,一致性较好,174个频率点中,仅有一个频点的校准值与参考值的偏差略微超过参考扩展不确定度,绝大部分频率点的测量偏差都小于±0.5dB,检验和验证了中俄双方矢量水听器校准装置的准确性和可靠性。     

基于四元十字阵的低频换能器指向性检测方法

针对大型低频换能器指向性难以测量的问题,提出了一种基于四元十字阵的测量方法以获取大型低频换能器的指向性。利用到达四元十字阵阵元的时延差信息,结合双曲面交汇法对换能器进行定位,并根据四元十字阵阵元测得的声信号实现大型低频换能器指向性的测量;对定位算法进行理论仿真,设计并进行了湖上试验以测量模拟声源的指向性;对湖上试验测量数据进行计算分析,并与模拟声源在消声水池中的测量结果进行比较,两者-3 dB波束开角的测量结果相差在10%以内。此方法可以用于低频换能器指向性的测量。     

一种低旁瓣圆形活塞高频换能器研究

文章主要研究了一种低旁瓣圆形活塞高频换能器,采用去环非均匀分布方法实现低旁瓣,推导了去环非均匀圆形活塞换能器的指向性函数表达式,建立了指向性仿真模型,并采用Matlab软件进行仿真优化,对不同去环位置和不同去环宽度的圆形活塞换能器旁瓣级变化规律进行了分析,并通过添加匹配层拓展带宽。制作了一款低旁瓣圆形活塞宽带高频换能器,并进行测量。实测结果与仿真基本一致,换能器实测最大旁瓣级为-22.4 dB,较均匀圆形活塞换能器旁瓣级降低了4.8 dB,中心频率为325 kHz,-3 dB带宽为150 kHz。     

均匀活塞阵辐射声场研究

主要研究了均匀活塞阵的近-远场的辐射声场。首先利用点源声波干涉原理建立均匀点源活塞阵的辐射声场理论,进而推导均匀活塞阵的近-远场的辐射声场函数表达式,并采用Matlab软件仿真了近-远场的辐射声场,分析了近-远场的声场变化规律、声轴方向声压的变化规律和旁瓣级的变化规律。通过与实测的80 kHz均匀活塞阵换能器近-远场的辐射声场对比,表明了实测结果与仿真结果基本一致,验证了理论与测量方法的可行性,能够为实际测量工作提供指导。     

Position and time-delay calibration of transducer elements in a sparse array for underwater ultrasound imaging

This paper describes a novel method for the calibration of the position and time delay of transducer elements in a large, sparse array used for underwater, high-resolution ultrasound imaging. This method is based on the principles used in the global positioning system (GPS). However, unlike GPS, in which the wave propagation speed is generally assumed known, the sound propagation speed in the water usually is unknown and it is calibrated simultaneously in this method to achieve high calibration accuracy. In this method, a high-precision positioning system is used to scan a single hydrophone (used for transmission) in the imaging field of the array. The hydrophone transmits pulses at selected positions, and the transducer elements in the sparse array receive the transmitted signals. Time of flight (TOF) values between transducer elements and hydrophone positions then are measured. From a series of measured TOF values, the position and time delay values for each transducer element as well as the propagation speed can be calibrated. The performances of the calibration algorithm are theoretically analyzed and evaluated with numerical calculations and simulation studies. It is found that this method is capable of calibrating the positions and time delays of transducer elements with high accuracy.     

一款高频弧形换能器

多波束图像声纳广泛应用于水下工程实施、浅海地貌测绘、蛙人和水雷等水下小目标的探测识别,高频弧形换能器是多波束图像声纳的重要组成部分,用于发射高频宽波束声波.通过理论公式计算了宽波束高频弧形换能器的指向性图,分析了指向性特征：主波束内存在连续的震荡起伏,震荡幅度由中心向两侧逐渐增大,在波束边缘处出现最大值,波束中心幅值比最大值减小1~2 dB左右.采用1-3型压电复合材料,研制了一款宽波束发射的高频弧形换能器,换能器谐振频率为440 kHz,最大发送电压响应为162 dB,-5 dB水平开角为107o,-3 dB垂直开角为26o,可应用于多波束图像声纳.     

Ultrasonic wave propagation through aberrating layers: experimentalverification of the conjugate gradient Rayleigh method

The Conjugate Gradient Rayleigh method for the calculation of acoustic reflection and transmission at a rough interface between two media was experimentally verified. The method is based on a continuous version of the conjugate gradient technique and plane-wave expansions. We measured the beam profiles of a nonfocused linear array transducer distorted by propagation through an aberrating interface. The directivity of the hydrophone was compensated for by means of spatial deconvolution. Sinusoidal, cylindrical aberrators were made of a water-based gelatine material. The measurements were compared with 2- and 3-D simulations. The measured and simulated beam profiles are in good agreement, as shown by the root-mean-square difference     

单向水听器及其在波束形成中的应用

提出常规反向波束形成技术,构建了单向水听器,并探讨其应用于阵列波束形成的可能性。系统地构建单向水听器模型,导出常规反向波束形成技术,证明得到其空间响应单指向性的存在条件,其指向性指数在3~4.8 d B范围内。以单向水听器为基元构建标准线列阵进行常规波束形成,并与全向水听器比较,理论证明了使用单向水听器能够为线列阵提高3~4.8 d B的指向性指数。仿真实验结果验证了单向水听器自身具有心脏形空间响应、3~4.8 d B的指向性指数和空间响应的宽带一致性等三种特性,使用单向水听器能够在主瓣宽度不变的同时降低旁瓣级、提高指向性指数、保持良好的稳健性。因此,提出的常规反向波束形成技术是一种构建单向水听器的有效方法,在阵列波束形成中使用单向水听器是可行的、有利的。     

宽带水声参量阵指向性设计与实验验证

利用宽带水声参量阵可产生高指向性宽带低频声束,推导了宽带水声参量阵生成低频声束的自解调理论模型,对其换能器指向性进行了分析与设计,并研制出了宽带水声参量阵样机。测试结果表明：该样机产成的2 kHz声束的-3 dB指向性锐角约为2.6°,具有很好的指向性,且旁瓣抑制效果好,能够产生无旁瓣的高指向性低频声束。这为解决浅海水声通信的多途干扰、远程水声保密通信等问题提供了一条新思路。     

Acoustical evaluation of a prototype sector-vortex phased-array applicator

A prototype sector-vortex phased-array applicator for ultrasound hyperthermia was constructed and acoustically evaluated. The array transducer consists of special lead-titanate ceramic elements of 16 sectors and two tracks attached on a element is driven by a complementary pair of power MOSFETs at 750 kHz. An annular focal field approximated by the Mth order Bessel function is theoretically predicted to be formed when the array elements are driven with a phase distribution that rotates M (相似文献   

一种近场测量用水听器自动定位装置的研制

本文论述了一种近场测量用的水听器自动定位装置的构造方法和性能特点，该装置既可以实现８０３１单片机本控，也可以通过ＩＥＥＥ－４８８接口实现ＰＣ机远控。在大型换能器（或基阵）的近场法校准中和水下声学系统的近场研究中都具有实用价值