水下等离子体声源聚焦声场分布特性研究

研究了水下等离子体声源的工作啄理和聚焦原理,研制了小功率的实验装置,并进行了聚焦声场实验测量,从声轴和焦平面2个方向研究了声脉冲峰值压力与声场位置之间的关系,得出了聚焦声场的分布特性。研究结果初步验证了水下等离子体声源的优越性．为进一步改进这种声源．以将其应用于100km以上超远程水下通信系统打下良好的基础。     

球面-锥面声透镜换能器的研究

通过数值计算和实际测量，研究了球面－锥面声透镜聚焦换能器产生的声场，证实其能产生较细长的聚焦声束，并且透镜的形状参数对聚焦声场分布有明显影响。     

凸面-锥面声透镜换能器研究

通过数值计算和实际测量，研究并证实了凸面－锥面声透镜聚焦换能器产生的声场，能产生较细长的聚焦声束，并且透镜的形状参数对聚焦声场分布有明显影响。     

双锥面声透镜换能器的研究

通过数值计算和实际测量，研究了双锥面透镜聚焦换能器产生的声场，证实其能产生较细长的聚焦声束，且透镜的形状参数对声场分布有明显影响。     

基于高阶Ambisonics的2.5维近场声源合成

针对空间声信号处理中二维声场合成与实际声源维数失配问题及近场声源合成中的近场失真问题,本文提出了一种2.5维声场合成方法和一种改进的维纳滤波的近场补偿方法.2.5维声场合成基于高阶Ambisonics的球谐函数展开.改进的维纳滤波方法用于补偿高阶Ambisonics合成2.5维近场声源时引入的近场失真.基于连续扬声器阵列假设理论,推导出了扬声器激励信号的一般表达形式.声场合成实验结果表明：与余弦正则化方法产生的相对误差0.23相比,所提方法合成2.5维近场声源的相对误差减少到了0.031;与高通滤波法相比,所提方法可以提供更大范围的有效听音区.     

平凹柱面换能器线阵声场研究

提出了一种用平凹柱面换能器作为阵元的新型一维超声线阵.将平凹柱面换能器线形排列构成线阵,建立阵元及线阵的声场分布的数值模型,对其声场分布受线阵参数的影响和对线阵声束的控制进行了研究,并对其声场进行了数值模拟.研究表明,可用平凹柱面换能器作为阵元构成线阵,线阵的指向性在阵元的长度方向上受阵元长度影响,在宽度方向上可通过调节线阵的参数实现,线阵声场在对阵元不加相控的情况下表现出聚焦特性,且其声束辐射方向及其焦点位置可通过阵元激励相位进行控制.在对检测深度变化较小的情况下,这种线阵可用来进行无损检测.     

热疗用凹球面状环形换能器的研究

引入负声源，导出了凹球面状环形换能器声场的简洁表示式。通过数值计算，研究了凹球面状环形阵列的阵元几何尺寸、阵元分布和阵元数及激励信号等因素对声场特征的影响，分析了此类阵列的相控聚焦效果。     

脉动柱面声源线阵列远场特性的研究

由均匀柱面声源高频远场声速度势函数，导出了均匀脉动柱面声源线阵列高频远场的声速度势、声压、声强公式及其与指向性因子间的关系，从中可以看出，柱面声源线阵列的远场声强比声柱在同一场点的声强大得多。并对该阵的指向性进行了仿真研究。     

非均匀二次声源分布下的2.5D高阶Ambisonics声场合成算法

为了提高感兴趣区域音源的声场合成质量,提出了一种非均匀二次声源分布的声场分析与合成方法.首先,将连续二次声源的采样分为两个不同的采样区域,在总扬声器数目一定的情况下,增大感兴趣区域的样点数目并减少感兴趣区域外样点数目.然后,利用采样混叠矩阵的Hermitian特性,使用瑞利熵来估计不同非均匀采样方案的最大误差,以指导非...     

凹球面自聚焦声场非线性效应的研究

用球束方程(SBE)研究了声源参数和媒质特性对凹球面自聚焦声场非线性效应的影响。结果表明,谐波的最大幅值出现在声焦点附近,基波与线性声场的分布类似,而高阶谐波的聚焦性能更好。超声频率、声源表面初始声压幅值或非线性参数越大,即平面波冲击间断形成距离越短,声的非线性效应越明显。声衰减会使非线性效应减弱,而凹球面曲率半径增大会使谐波和基波最大值的位置偏离更明显。     

声透镜指向性换能器研究

该文利用声学透镜使声波能量聚焦,实现小尺寸换能器窄波束声辐射。利用有限元方法分别建立了单凹面声透镜及双凹面声透镜仿真模型,优化了声透镜结构参数,设计并制作了双凹面声透镜指向性换能器,并在消声水池内对换能器样机和声透镜进行了性能测试。换能器样机辐射面积直径?120 mm,设置声透镜后,提高发送电压响应级4 dB,发射指向性-3 dB波束开角由76°变为约30°(@10 kHz),与仿真计算结果相符。实验结果表明,声透镜有效减小了换能器发射波束宽度,提高了换能器主瓣发送电压响应,验证了双凹面声透镜对优化换能器指向性的效果。     

Reconstruction of Vectorial Acoustic Sources in Time-Domain Tomography

A new theory is proposed for the reconstruction of curl-free vector field, whose divergence serves as acoustic source. The theory is applied to reconstruct vector acoustic sources from the scalar acoustic signals measured on a surface enclosing the source area. It is shown that, under certain conditions, the scalar acoustic measurements can be vectorized according to the known measurement geometry and subsequently be used to reconstruct the original vector field. Theoretically, this method extends the application domain of the existing acoustic reciprocity principle from a scalar field to a vector field, indicating that the stimulating vectorial source and the transmitted acoustic pressure vector (acoustic pressure vectorized according to certain measurement geometry) are interchangeable. Computer simulation studies were conducted to evaluate the proposed theory, and the numerical results suggest that reconstruction of a vector field using the proposed theory is not sensitive to variation in the detecting distance. The present theory may be applied to magnetoacoustic tomography with magnetic induction (MAT-MI) for reconstructing current distribution from acoustic measurements. A simulation on MAT-MI shows that, compared to existing methods, the present method can give an accurate estimation on the source current distribution and a better conductivity reconstruction.     

海底管道检测用线聚焦超声探头声场研究

海底管道缺陷的检测是由管道内智能猪完成的,智能猪上的超声探头阵列以恒定的速度一次性爬过管道,采集并记录缺陷数据供离线分析。所以探头的种类和性能直接影响对缺陷的检出率。论文针对智能猪用柱形曲面声透镜水浸式线聚焦探头,建立了其声场模型,并对其轴线声场和焦距进行了数值模拟。最后,实测了其轴线声场分布。     

Linearly focused acoustic beams for acoustic microscopy

A linearly focused acoustic beam is investigated to be introduced into acoustic microscopy for characterising materials in the nonscanning version. The new acoustic beam enables us to detect acoustic anisotropies of materials to be measured successfully. For forming the acoustic beam, an acoustic sapphire lens with a cylindrical concave surface of 1.0 mm in radius is made and the acoustic field distributions are investigated at 200 MHz.     

Acoustic Microscopy in Micrometrology

In-depth analysis of the propagation of an acoustic signal excited by a short radio pulse is performed. The signal is reflected from the simple lens of a scanning acoustic microscope, and its power is detected. An expression for V(z) curve (acoustic signature of a material) is derived. It takes into account excitation conditions (delay and recording times of a signal to be detected) and lens parameters.     

宽带声光器件声场仿真研究

该文根据亥姆霍兹 基尔霍夫积分定理，建立了两片矩形换能器在声光晶体中的声场分布模型，并利用MATLAB数值模拟中心频率为100 MHz的矩形换能器在氧化碲晶体中的声场分布，实现声场可视化。结果表明，与单片换能器声场分布相比，两片换能器的结构使声光器件的布喇格带宽增大了11 MHz。仿真结果为理解声场变化和试验结果提供了理论依据。     

基于强度调制的光纤声传感器设计研究

在假设发送光纤出射端的光强分布为高斯分布的基础上,提出了一种新型强度调制型光纤声传感器模型。该模型根据单模光纤准直器的耦合特性理论,结合四周固支圆平微机电系统(MEMS)反射膜片,并使用GRIN lens光学透镜实现光强度的调制。仿真结果表明,通过选择合适的调制参数可使光纤声传感器的探测灵敏度较传统强度调制模型有数量级的提高。     

超声相控阵输出声场优化及仿真

为使超声相控阵在输出平面上的声压输出达到较好的分布模式,本研究通过预先设定相控阵输出面上的声压分布形态,然后利用迭代算法来求解超声相控阵驱动向量,最终实现了超声相控阵在输出平面上声压输出的有效控制,并通过计算机仿真对这种算法进行了验证。     

多层媒质中声聚焦控制及其用于热疗的分析

基于伪逆算法提出了一种可对多层生物组织中的肿瘤进行声聚焦控制的方法.对一10×10个正方形阵元的相控阵在肿瘤位于不同深度处时产生的声场进行了仿真,同时计算了生物组织内不同时刻的温度分布,并对不同声辐射功率下加热到相同热剂量时的温度分布进行比较.研究结果表明,该方法能快速有效地对不同深度不同尺寸的肿瘤进行准确地声能聚焦控制;声辐射功率越大时,治疗区域中相同等温曲线所围区域较窄;激发频率、声辐射功率及照射时间均相同时,肿瘤在深度较浅位置时治疗区域温度要高,且此区域较粗短,而在较深位置时治疗区域温度相对较低,且此区域变得狭长.     

三维温度场声学测量重建及计算机仿真

相比单点温度测量而言,温度场的测量更加重要。温度场声学测量是目前最有发展前景的一种温度场测量方法,国内尚无人开展三维温度场声学测量的研究,为此,采用计算机模拟仿真的方法进行了三维温度场声学测量重建。以最小二乘方法为基础构建了三维温度场声学测量重建算法,以安装了32只声发射/接收传感器、并被均匀地分割成64个空间网格的正立方体型区域为测量空间,在考虑和不考虑＂声线弯曲效应＂的情况下,对球对称型模型温度场进行了仿真重建。仿真结果不仅与理论预测符合得较好,而且在考虑了＂声线弯曲效应＂后,温度场的反演精度有了很大提高,说明＂声线弯曲效应＂是影响温度场重建质量的重要因素之一。