海底沉积物声学性质测量技术评述

由于资源勘探、军事应用、岩土特性声学调查和声波传播理论研究等的需要,多年来人们一直在进行海底沉积物声学性质的测量。对海底沉积物声学性质的取样测量技术和原位测量技术进行了叙述,分别总结了两种测量技术存在的问题,认为下一步有必要发展海底沉积物低频声学性质的直接测量技术,建议在原位测量海底沉积物声学性质参数的同时测量其他性质参数以便于对比研究,并设法提高原位测量的工作效率。     

海底沉积物声衰减与含水量关系的实验研究

海底沉积物从海底采样之后,要经过保存和运输之后才进行室内的声学物理参数测量,在这个过程中,样品不可避免的受到各种干扰。在实验室里制作了沉积物人工样品,模拟样品受到的干扰,通过测量受扰动的含水量的变化及其与声衰减系数的关系,经过频谱分析,得出随机扰动不易辨别,容易造成错误测试结果。对可能的扰动进行物理分析,并提出沉积物声衰减实验测量的若干建议。     

海底沉积物声学测量中频谱分析方法应用研究

海底沉积物声学测量数据中包含着的频谱特征和信息,是区分和判别沉积物类型的重要依据。应用频谱分析方法,研究海底沉积物声学测量的频谱特征,分析声波探测仪器的性能,判断沉积物测量异常数据,研究温度变化下频漂现象,探寻到沉积物内在特征的一些规律性现象。并通过对两类沉积物的频谱分析结果比较,进一步论证区分沉积物的可行性。实测结果表明,频谱分析能够为声波探测仪器的性能测试及海底沉积物声学物理性质研究提供技术手段和分析方法。     

海底沉积物样品声衰减与温度关系的实验研究

不同海区海水温度不同,导致不同海区沉积物温度不同;实验室环境温度变化造成沉积物温度的变化。模拟沉积物的温度变化来研究沉积物声衰减的变化,分别从声衰减系数和本文提出的温变衰减系数描述声衰减。以原状样品和人工样品为例说明了在一定厚度的海底沉积物中,声波的传播能力受到沉积物本身分布的均匀度的影响,会出现不同的衰减趋势;通过定义温变衰减系数得到了海底沉积物对能量的传播能力随温度的升高而降低。     

用声学三参数判别海底沉积物性质

通过用声速-波形-振幅三参数识别技术获得海底沉积物的声速和频谱分析结果,根据声速、波形、振幅认识海底沉积物物理状态和结构特征,结合沉积层的其他地质信息,综合来判别海底沉积物性质。实验结果表明:利用声速高低、波形包络、振幅形状大小与沉积物结构、微结构、层理、颗粒成分、矿物组成、物理力学参数之间的关系,可以判别实验海区浅表层海底沉积物基本性质和划分海底沉积物钻孔岩心中古海水进退事件痕迹的埋藏深度。为声遥感遥测海底沉积物的实践作出尝试和贡献。     

南海海底粉质黏土沉积物声速和衰减的全浸式测量

提出了一种宽带声速和声衰减测量方法,该方法利用全浸式传感器测量技术(FITM)在实验室环境下对超细沉积物(平均粒径为5.27 μm,孔隙率为79%)的声速和声衰减进行了测量。为确定该实验室测量方法的可靠性,将该声速与声衰减关系与Kramer-Kronig关系进行了比较。同时,Hamilton经典曲线表明,该实验室测量结果符合声速与孔隙度关系,且声衰减在Hamilton曲线置信区间内。测量数据满足有效密度流体模型和颗粒剪切模型的声速和衰减预测曲线,进一步证明了实验室测量方法的准确性和有效性。     

离体肝脏组织声学参量的温度特征研究

随着高强度聚焦超声(HIFU)广泛地被应用于临床治疗,更多的研究着眼于寻找监控被照射部位的温度的方法。本文研究了通过检测生物组织的声速和声衰减来监控HIFU治疗的温度,这种方法将为更好的治疗带来极大便利。文章提供了离体猪肝的声速和声衰减随温度变化的关系曲线。该曲线反映了当温度达到70°C～75°C左右,声速和声衰减曲线斜率发生很大变化,而蛋白质变性温度是63°C,由此可以满足监控HIFU治疗已达到使病灶部位蛋白质变性的要求。     

换能器对超声衰减测量的影响

一、引言 声衰减系数是媒质的主要声学特征量,它能提供物质内部结构及媒质某些非声学性质的信息,例如:悬浮液的浓度和粒度、粗品材料和复合材料内粒子大小及分布等。影响衰减测量的因素,可概括为:1)换能器发射的衍射效应;2)换能器及耦合层对试样端面反射的影响;3)侧壁反射的影响;4)端面状况(平行度、平整度)的影响;5)温度不均匀的影响。这些因素使得衰减测量的精度下降,因此研究这些因素从而提出校正措施是一个急需解决的问题。 在影响衰减测量的五个因素中,换能器发射的衍射效应‘1’、端面状况(平行度;平整度)的影Ill叭2,3j以及温度不均…     

非絮凝状沉积物与絮凝状沉积物中的声衰减

海底沉积物中的声衰减机制,如果假设是其中的粒子与海水在声场中作相对运动时所产生的粘滞摩擦,所得理论虽然能够解释非絮凝状沉积物(如人工沉积物和一些松散的砂质沉积物)中的声衰减规律,但不能解释絮凝状沉积物中的声衰减正比于频率的一次方这一实验结果;如果假设是沉积物的内耗,所得理论就能解释絮凝状沉积物中声衰减的测量结果.在本文中,我们同时考虑了上述两种声衰减机制的贡献,导出了沉积物中的声衰减系数,所得理论能解释所有沉积物中声衰减系数的测量结果.     

舰船低频声传播的海底损失

以密度和声速连续变化的液态沉积物层和具有切变波效应的固态基底组成的水平分层海底为海底模型，分析并进行了舰船低频声场传播到海底时的反射系数仿真计算，较为准确的预报了舰船低频声场海底损失低频特性，并探讨了以此为基础的舰船海底交界处的地震波源模型。     

海底沉积物声波现场测试和有限差分数值模拟研究

利用基于Biot理论的高阶交错网格有限差分算法,模拟了声源在不同位置条件下激发声波的传播,重点讨论了纵波和各种转换波的声场,并与我国某海域地区海底沉积层的现场测试数据进行了对比。研究结果表明,海底沉积层中的纵波具有明显的频散现象,这种频散现象与理论预期结果相吻合,而且由Biot理论得到的纵波频散规律和现场测试结果有较好的一致性,但对于纵波的衰减,二者符合得不好,这是因为Biot理论模型的假设条件和海底沉积层的差别较大造成的。计算声场显示,当声源放置在海水中时,在沉积层中产生三种转换波;当声源放置在沉积层中时,在沉积层中产生了多种类型的波。在某些条件下,海底沉积层中的横波速度低于慢纵波速度。     

基于相关法的医用超声耦合剂实时测量系统

声速和衰减是医用耦合剂的关键参数,对超声仪器的临床诊断相当重要。相关方法是测量两个相近波形之间时差的重要方法,"波形不变性"原理是相关测速的基本工作原理。基于相关方法,利用虚拟示波器在PC上构建了一个实时医用超声耦合剂测量系统。该系统通过USB接口对虚拟示波器进行控制及数据传输,并利用Windows系统的多线程工具对软件进行了优化,实现了实时测量、计算和显示。对几种耦合剂样品进行了测试,并对结果作了处理和分析,从而实现了生产过程中超声耦合剂的声速和衰减的在线检测和控制。     

多频海底声学原位测试系统在海水中的声源响应及子波分析

多频海底声学原位测试系统是国家海洋局第二海洋研究所自行研制的海底声学原位测试系统。利用声源换能器的等效电路,分析了声源换能器输入终端输入脉冲与输出接收脉冲之间的关系。将系统的低频声源等效为一定半径的球形声源,确定了系统在15kHz时在试验海域海水中的声源换能器的角频率响应和输出回路品质因子。计算了系统理论接收脉冲,结果表明输出接收脉冲并非输入脉冲的简单复制。并与实测接收脉冲进行了比对,理论接受脉冲与实测脉冲在细节上达到了很好的匹配,说明本文确定的各响应参数很好的代表了本系统在海水中的声源响应。     

一种声速-位置联合估计的水声导航定位方法

长基线水声导航定位方法利用各信标到水下航行器的信号传播时间和等效声速来估计水下航行器的位置,但各信标到水下航行器的等效声速估计存在误差,导致定位误差较大,且随着导航距离的增加,定位误差呈增长趋势。针对这一问题,提出了一种基于粒子滤波的水声导航定位方法,将等效声速和水下航行器的位置作为估计状态参量,通过测量信标信号到水下航行器的传播时间,建立粒子滤波模型对其位置进行估计,准确地估计并跟踪等效声速变化,从而提高定位精度,减小估计误差。仿真结果表明,在水下航行器初始位置未知的情况下,与常规方法相比,文中所提方法的定位精度提高了4倍左右。     

收发合置水声管中使用宽带脉冲的吸声测量方案

水声管是水声材料吸声测量的重要实验平台。对于收发合置换能器水声管系统,目前常用的吸声测量信号是调制正弦信号。为了实现宽带测试,提出了水声管中宽带声脉冲的产生方法,并设计了电子开关延时控制电路。给出了基于收发合置型换能器水声管中宽带吸声测量结果。