基于角谱法分析圆形活塞声源近场声特性

圆形活塞的声辐射应用较广,大多数超声检测应用中所用的声源,都可视为活塞式辐射器。利用角谱法分析了传播波和倏逝波在声场轴线上的分布与空间位置、声源半径及辐射频率间的关系,通过比较两种波的声压幅值确定了倏逝波的有效传播距离。利用近场声全息(NAH)理论计算了倏逝波在换能器近场空间的声压分布,并对结果进行误差分析。仿真结果表明,基于空间傅里叶变换的角谱法和NAH法均可准确反映圆形活塞辐射近场声压呈现数衰减的分布规律。     

菱形声带振动模型远场声场特性研究

根据声带的生理结构和振动特性,提出用换能器来模拟声带振动.依据活塞声源辐射声场研究特性,提出中间开孔的菱形声带的振动模型,运用声学基本理论,采用瑞利积分法计算了声带模型振动的远场声压分布及指向性公式,仿真数值计算了声压分布规律,并分析了此声带模型辐射声场的指向性.结果表明,在音频范围内,声带宽度相同时,即在改变模型空隙宽度条件下,此声带模型声源的辐射远场声压分布与理论相符.     

热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析

为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用,采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算.阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础,将脉冲激光加载于工件表面,同时考虑对流和辐射换热边界条件,分析了材料中的温度场;基于热固耦合,将温度场加载于应力场分析过程中,讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布,并通过...     

基于小球反射法的超声脉冲波声场特性研究

基于对小球散射单频连续波声场指向性的研究,推导出小球散射超声换能器脉冲波声场的指向性函数计算公式,由此建立了小球反射的超声换能器脉冲波声场声压分布理论模型,计算了由不同尺寸的小球反射的声场声压分布.实验验证了指向性函数计算公式和理论模型的正确性,理论计算和实验结果均表明,小球的尺寸对声场声压分布的测量精度有较大影响.     

压电MEMS超声换能器阵列声场研究

研究了一种基于微电子和微机械加工技术的六边形压电超声换能器阵列。依据活塞声源辐射声场特性,采用瑞利积分法计算了方形膜声压及指向性函数;运用惠更斯原理,仿真模拟了阵列远场声压分布。理论分析了阵元边长、阵元中心间距和阵元数目等结构参数对阵列波束宽度、方向锐度角和旁瓣级的影响。结果表明,该阵列模型不仅能完全消除栅瓣,有效抑制旁瓣,减小主瓣宽度,且在低频(约10kHz量级)范围有很高的指向性。通过优化阵列参数,可获得最佳的声压分布,进而为阵列设计和声场分析提供理论参考。     

非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

激光初始光场的强度分布特性对远场能量集中度的影响

激光初始光场的强度分布特性在一定条件下将影响其远场能量分布.强度的不均匀分布可能会由于近场热晕导致远场光斑漂移,并可能导致光学器件的变形甚至损坏,从而造成远场能量集中度的下降,而强度的深度调制本身将造成远场能量的发散,导致能量集中度的下降. 初始光场的强度分布特性在空间域可以用强度非平整度因子UE来描述.UE定义为强度起伏均方根值/强度平均值,它相当于振幅调制度m,标志了中心能量向外围的转移份额.随机分布的初始光场强度,UE大于0.6时,光束质量因子随强度起伏空间频率迅速增大,远场光斑迅速发散;UE小于0.3时,强度的非均匀分布对光束质量因子影响很小. 空心束是一种特殊的强度非均匀分布光束,其远场光斑中心强度低于实心束,随遮拦比的增大而减小;空心束中心亮斑半径小于实心束,且随遮拦比增大而越来越小;随遮拦比增大,能量从中心向外环扩散. 在无风情况下,高能激光束强度的不均匀分布导致其近场热晕效应类似偏转棱镜,引起了远场光束的偏转,从而导致远场目标上能量集中度的下降.有风条件将大大缓解远场光束的偏转.(OG14)     

线状烧蚀光源作用时瑞利表面波的指向性研究

针对线状激光光斑烧蚀工件表面的情况,利用理论分析和实验验证的方法研究了激光超声瑞利表面波的指向性。基于激光超声的烧蚀机理,将激光的烧蚀作用等效于法向应力,研究了线状垂直力源作用下远场质点的位移,提出了瑞利表面波的指向性公式。搭建了一套激光超声瑞利表面波激发与接收的系统,对获得的信号进行了幅频特性分析,以便验证信号中心频率与换能器中心频率的对应性。利用信号的峰峰值获得瑞利表面波指向性数据的实验值,并对指向性公式进行了验证。结果表明,该指向性公式对于瑞利表面波检测具有一定的参考价值。     

超声波宽频谱发射技术研究

为了有效地完成超声波局部放电检测装置的性能检测,研究了超声波宽频带发射技术及其装置。采用MATLAB仿真技术分别对单频和复频超声换能器的声场轴向声压分布、声轴截面声场分布、声场指向性特性及复频焦区频谱图等声场特性进行了仿真研究,并据此设计了一款复频超声宽频带发射装置。结果表明,复频超声宽频带发射器产生的两列声波可发生声散射效应,从而达到超声场频谱变宽的目的。     

远近场自适应激光光斑能量中心检测北大核心CSCD

某激光武器在研制过程中,需要对激光光斑进行中心校准,确保发射能量稳定汇聚于目标处。现有光斑中心检测算法无法满足远场不规则光斑的能量中心校准,为此本文提出了一种基于自适应disk掩膜的激光光斑中心检测算法,首先通过双边滤波、伽马拉伸等操作实现图像增强,然后用大津法进行图像阈值分割,通过二值化的面积确定掩膜半径,用掩膜与光斑原图做匹配从而进行光斑中心检测,确定能量中心。该方法在近场光斑与远场不规则光斑的中心检测均具有优异鲁棒性和准确性,可实现近场光斑±1个像素内误差,在0.8μm之内,远场±2个像素内,在1.6μm之内,以此用于激光类产品的实际工程设计,提升同类产品的性能。     

声束扬声器的声频定向换能器阵列指向性研究

利用空气中超声波非线性传播效应制作一种可产生高指向性可听声的新型声束扬声器。以聚偏氟乙烯(PVDF)膜作为声频定向换能器的发声部件,根据惠更斯原理分析、讨论了声束扬声器单个换能器及换能器阵列的指向性,并指出当无法使点声源间的间距小于或等于声波波长的1/2时,可以通过增加点声源的个数来获得高指向性声波,使旁瓣的幅值得到有效抑制。     

利用激光超声纵波的衍射信号测量开口裂纹

激光超声的纵波声场在工件内部各个方向均有分布,相比于横波和表面波,纵波最先到达开口裂纹处,随后发生衍射以及产生波型转换现象.若提取相应含有开口裂纹信息的超声波信号,便能够达到缺陷识别的目的.基于烧蚀机制下激光超声纵波声场的分布特点,分析了衍射纵波信号的时间及相位特征,并给出了裂纹参数的表达式.建立了含开口裂纹工件的二维...     

一种改进的水下光击穿声辐射计算方法

为了从理论上对光击穿辐射声波进行定量描述,在点源模型的基础上提出了一种改进的水下光击穿声辐射计算方法,利用波动方程和水下爆炸理论求解单点击穿的辐射声波,并推导了多点击穿的辐射声波。从理论上对多点击穿的声压波形、声源级、传播特性和指向性进行了定量计算,并通过实验数据对比进行了验证。结果表明,计算与实验结果是一致的,证明了该方法的正确性和有效性;当激光能量从0.1J增大至0.8J时,声源级从182.4dB增至188.2dB;当激光能量高于0.3J时,声源级变化很小;在垂直等离子柱体的方向上声波辐射最强,在等离子柱体方向辐射最弱,所有方向上声波强度均与距离的平方成反比。     

压电三迭片式高阶声压梯度水听器研究

该文从数学上计算了不同阶声压梯度组合对空间声场的估计误差,分析了差分通道幅度和相位不一致性对有限差分近似误差的影响,研究了水听器自噪声及模数转换量化误差对高阶水听器工作频率下限的制约关系,提出了一种由4片压电三迭片构成的高阶声压梯度水听器,尺寸为?100 mm×50 mm,能够测量声场一阶声压梯度和二阶混合声压梯度。利用有限元法计算获得平面波自由声场中水听器各通道的输出电压。计算结果表明,二阶混合声压梯度通道的输出电压响应每倍频程升高12 dB,指向性与纵向四极子声源指向性一致。     

Finite element simulation for laser-induced SAW propagation in tooth

Laser ultrasonic technology, a noncontact nondestructive evaluation method, can be applied to evaluating the properties of human teeth. With a finite element method, this paper studies laser induced surface acoustic wave (LSAW) characteristics propagating in human teeth. Setting up a theory model for laser-introduced surface acoustic wave (SAW) propagating in human incisors, it discusses the temperature field induced by laser irradiate in dental surface, as well as the effects of inhomogeneous enamel and early dental caries (white spot lesion) on LSAWs. Studies in this letter can provide a theoretical basis for nondestructive evaluation of human teeth with laser ultrasonic technology.     

一种超声针灸换能器设计

一种超声针灸换能器的设计方法,它将普通凹型聚焦换能器与平凸声透镜组合,使换能器发出的聚焦超声波能量在透镜平面和换能器外球面之间产生多次反射,每次只能有一小部分能量射出,经过不同反射次数后出射的聚焦超声波聚焦在声轴线的不同位置,通过选择反射材料的声速和换能器的半径,就可从在换能器输出面后得到细长的声压分布,声场检测结果与设计结果符合得很好,临床实验表明,这种换能器比其他类型的传统换能器更易使患者产生得气的感觉.     

激光参数对激光激发超声信号的影响分析

研究了激光参数对激光激发超声信号的影响.研究中首先理论分析激光激发超声过程中,激光参数对激发超声信号的影响.同时,设计并搭建一种激光激发超声的实验装置,实验验证理论分析结果.该实验装置应用脉冲激光配合光衰减结构对被测目标激发产生超声波,通过超声探头实现激光超声信号的探测.实验中以铝板为检测对象,对激光脉冲能量和照射光斑大小对激发超声信号的影响进行实验分析.通过理论分析及实验验证,可得出照射光斑直径与激光能量会直接影响入射激光功率密度,从而影响激发超声的幅度.     

激光电化学复合加工的冲击空化检测及试验

为了测量脉冲激光击穿电解液下产生的声压信号,探讨冲击空化效应对激光电化学复合加工的作用和影响,建立了激光电化学复合加工检测系统。采用水听器采集脉冲激光聚焦电解液下产生的声压信号,使用示波器对声压信号进行存储、XVIEWER软件对声压波形分析和计算,最后对激光电化学复合加工的区域进行拍照,并分析冲击空化效应对激光电化学复合加工后的形貌特性和表面质量的作用和影响。结果表明,脉冲激光聚焦电解液下,产生冲击空化效应,向外辐射3个不同声压信号;随着激光能量的增加,激光冲击空化的3个声压变大,空泡的半径和泡能均增加;在激光电化学复合加工中,激光能量增加,产生的等离子冲击波和射流力越大,工件去除的量越多;空泡脉动促进电解液的流动,对加工区域的微观形貌和表面质量起重要作用。这一结果对复合加工的过程和形貌是有帮助的。