声参量阵

两列有限振幅声波相互作用所产生的和、差频是二百余年来所讨论的命题。Helmholtz^[1]和Lamb^[2]认为,最早做差频声实验的是Sorge(1745)和Tartini(1754)。自此以后,产生差频波的问题受到一些作者们的注意,但只是在近十五年来,在有限振幅波相互作用产物(特别是和、差频波)的实用方面才取得了巨大进展,而早期的工作似乎是将这些波视为偶而出现的、不需要的干扰,或者视为纯学术讨论的课题。     

声参量换能器阵的研制

为了实现水下掩埋目标的三维探测和满足海底地质调查的需要，我们已成功地研制了用于Ｄ＆Ｚ－１声参量多频海底测绘系统的声参量阵。在我国东海和澳大利亚悉尼港的实验中得到了非常满意的结果。声参量阵在低频段能形成高指向性，小旁瓣及宽频带声辐射，它与同频率的线性发射阵相比具有体积小，重量轻等优点。该基阵内的振子采用了半波长复合棒换能器。整个基阵由聚氨脂密封。辐射面是带匹配层的矩形平面，所以本基阵具有：（１）电声转换效率高；（２）振子承受功率的能力大，在短脉冲条件（＜１ｍｓ）下，辐射声强可达１２．５Ｗ／ｃｍ２；…     

不同媒介中的参量阵近场声场研究

在众多描述非线性声波传播的理论模型中,KZK方程能够准确地描述有限振幅声波传播的衍射、吸收及非线性效应,对求解参量阵近场声场有着明显的优势,因而成为描述非线性声场最为精确的方程之一。从KZK方程的频域求解出发,利用二阶对角隐式龙哥库塔法(second-order Diagonal Implicit Runge-Kutta,DIRK2)和Crank-Nicolson有限差分法(Crank-Nicolson Finite Difference,CNFD)相结合的有限差分算法,对在不同媒介中传播的参量阵近场声场特性进行研究,旨在对参量阵能量累积过程有进一步的理解,为参量阵转换效率的提高提供初步的探索,为参量阵的进一步工程应用提供相应的理论指导。     

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。     

一种声学参量阵的研究

对参量阵激励信号进行了分析设计,并通过参量阵样品的实际测量,对不同激励信号下参量阵自解调声场的特性进行了验证,结果表明:单边带调幅信号输入时声场的谐波幅度较双边带调幅信号输入时的谐波幅度小,并且差频波声源级高;参量阵在相同激励信号下,差频波声源级随输入功率的增大而迅速增大,但功率太大可能会导致功率放大器产生非线性作用,从而增大谐波幅度。     

关于参量阵声源阵长的讨论

针对目前常用的有效阵长来估算参量阵阵长所得的结果与实际测量得到结果有较大误差的情况,提出了通过KZK(Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov)方程的数值计算来得到差频声场的声源级,再由声源级来判断参量阵的形成情况,从而计算得到阵长。针对扩散限制阵的情况进行了仿真,并对计算得到的阵长通过水池实验测量结果验证了数值计算方法的正确性。分析了有效阵长计算结果与实验测量结果间误差太大,但是KZK方程数值计算的结果与测量结果一致的原因。最后对同一换能器在不同发射电压下的参量阵阵长的变化做了对比分析。     

矩形孔径参量阵相控非线性声场建模与实验研究

为了解决一阶抛物近似KZK方程无法直接对相控非线性声场进行建模的问题,依据原频声场准直特性构建等效参量阵原频自然指向性声场模型,建立其与原频相控声场的等效关系,将相控非线性声场的建模问题转换为等效参量阵声源条件的求解问题,同时提出算子分裂时域有限差分数值计算方法,实现了基于KZK抛物方程的矩形孔径参量阵相控非线性声场数值计算。以SES2000标准型参量声呐辐射相控非线性声场为研究对象,开展了计算机仿真和水池对比实验研究,研究结果验证了构建声场模型及其数值计算方法的有效性。     

矩形换能器参量阵近场声场研究

采用参量阵探测海底掩埋物体时,常常碰到的是浅海情况.此时参量阵在近场就被海底界面截断,因此声纳指标的设计常常必须考虑参量阵近场的特性.通常探掩埋物的声纳都采用矩形阵,因此本文主要讨论矩形换能器的参量阵近场.     

矩形参量阵扬声器远场指向性的研究

指向性是描述参量阵扬声器产生的音频声辐射的直接指标,但由于其中复杂的非线性过程,准确且高效地预测指向性较为困难。文章采用直接球卷积模型和改进球卷积模型,理论推导了矩形参量阵扬声器的远场指向性。通过数值仿真研究了半边长均为0.2 m的矩形活塞源参量阵扬声器,在声源频率为64 kHz情况下音频频率对指向性的影响,并在消声室通过实验测量进行了验证。结果表明,改进球卷积模型对指向性主瓣的预测结果更好,并且能够预测出高音频声频率时的旁瓣成分,是目前指向性最有效且准确的预测方法之一。     

换能器的非线性及其对声参量阵的测量和应用的影响

本文提出一种表征接收换能器非线性程度的量──换能器非线性优劣系数ＭＦ．并介绍了对ＭＦ的测量方法,以及如何根据要求的信号、干扰比确定测量换能器所必须具备的ＭＦ值,或者相反,根据已知的换能器优劣系数预估测量时可能达到的信号、干扰比。     

非线性声参量测量中的衍射修正

在超声传播参数的测量中,衍射效应会给测量引来假象．本文结合前文［１］中的实验问题,讨论了衰减及非线性声参量Ｂ／Ａ测量中的衍射修正问题。证明加入此修正后的测得值更加可靠。     

参量阵及其在水声工程中的应用进展

参量阵技术因其可以在小的基阵尺寸下获得低频窄波束,且波束无旁瓣,并容易获得较大的信号带宽,从上个世纪60年代起获得了广泛的关注和深入的研究,并且在水声工程和超声成像领域获得了比较广泛的应用。文章介绍了参量阵产生次级声场的基本原理、参量阵声场的特点以及相关的物理和数学模型,回顾了参量阵技术在水声工程中的主要应用历史,特别指出了其最成功的应用是高分辨率海底底层剖面仪,因为这个应用最大限度地回避了参量阵技术面临的两个主要问题：转换效率低因而差频声源级不高,以及实现多波束困难因而探测效率较低,并从物理和工程角度深入探讨了这两个问题,提出了进一步研究的重点和对未来应用的展望。     

锁定放大技术在参量接收阵中的应用

为抑制泵波影响,提取参量接收阵中的微弱差频信号,根据微弱信号探测原理,设计了一个基于锁定放大技术的参量接收阵系统。简要介绍了参量接收阵原理,详细描述了锁定放大技术,以及所设计的参量接收阵系统的工作过程,给出泵波比差频高130 dB时的仿真数据。结果表明,采用锁定放大技术后的参量接收阵系统可对接收的差频信号优化约5 dB。     

一种参量阵驱鸟设备的声学测试及评价研究

民用航空的安全保障和民用机场的安全管理是国家高度重视的工作,为保障航空安全的需求,对民用机场鸟击的防范工作也提出更高的要求。面对此问题,中国测试技术研究院声学研究所针对不同类型的声波驱鸟产品、远距离定向声波驱鸟系统等进行声学性能的测试及分析研究。该文重点介绍一种基于参量阵技术驱鸟设备的声学测试,测试基于与委托方达成共识的自编测试作业指导书,采用全消声室自由场环境和实际工况现场环境两套方案,最后针对其声压级、辐射指向性、工况声衰减特性等指标给出评价效果,证明该基于参量阵技术驱鸟设备的声学性能能够满足委托方的基本使用需求。     

基于参量阵系统的神经网络PID逆控制及仿真研究

针对参量阵系统这样一个强非线性声学系统的声音输出扭曲问题,提出了神经网络自适应逆控制策略。首先介绍了参量阵系统的逆模型,并由参量系统模型和它的逆模型构成一个伪线性系统。控制系统中的BP网络自适应调节PID（ProportionalIntegralDerivative）的三个控制参数,并利用PID控制参量阵系统。通过对MATLAB建立的复合逆控制模型进行仿真研究。仿真结果表明：神经网络PID控制具有较高的控制精度和适应性,可以获得良好的控制效果。     

参量相控发射阵的研制

本文介绍参量阵在信息传送、水下电话、海底剖面测量等应用的近年发展,以及参量相控发射阵在提高参量声呐性能方面的潜力:阐述矩形参量相控发射阵的设计和性能计算,给出测试结果。所研制阵的两个原频声波频率分别为f_L=41～45kHz,f_H=46～49kHz。差频声波频率f_N=3～8kHz。波束宽度θ_(-3dB)=6.7°,随f_s变化很小。在f_s=7kHz时,差频声源级SL_s超过186dB,参量增益G约为-41dB。在相控信号激励下,差频波束与原频波束同步扫描,在相控角θ_0不大时(θ_0≤12°),θ_(-3dB)几乎不随θ_0变化,当θ_0=12°时,SL_s平均下降2.2dB,可满足多波束发射的需要。     

参量阵声纳的新应用分析

介绍了近几年国外参量阵技术在浅海探测声纳、吊放声纳、鱼雷自导声纳、浅海水声通讯等方面的应用进展情况。针对频率为30kHz的线性小目标探测声纳,对原频90kHz、差频30kHz的非线性参量阵进行了性能估算,结果表明,参量阵声纳在高混响背景下探测小目标的性能优于线性声纳。文章还分析了参量阵声纳的新应用所面临的一些技术难点,给出了一种相对简单的宽带参量阵的实现方法。     

聚焦参量阵原频声场抑制方法的研究

在近距离海底底质原位探测中,使用多阵元聚焦技术能弥补参量阵中差频信号能量较低的不足,但也会使得声焦点处的原频信号能量过高,导致接收系统信号波形限幅,引起波形失真,此外在声场测量时也容易造成传感器损坏.基于KZK(Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov)方程和Berktay包络自解调理论,以声焦点...     

柴油机声品质客观参量测试及分析

在柴油机的不同速度和负荷下,进行现场噪声测试,并且分析了响度、尖锐度、粗糙度和抖动强度等4种噪声客观评价参量。经数据分析后可知,特征响度曲线能准确反映决定人耳听觉响亮程度感受变化的声音频率成分。随着发动机转速与负荷的增加,噪声的响度值和尖锐度值呈现了明显递增的趋势。同时,在900 r/min～1 700 r/min范围内,抖动度值也呈现了明显减小的趋势。