复频聚焦超声换能器及其辐射声场的研究

研究了一种新型复频聚焦超声换能器。从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线,进而确定了焦区位置,理论分析与实验结果符合较好。对换能器的焦区声场作了定标。     

复频聚焦超声换能器及其辐射声场的研究

研制了一种新型复频聚焦超声换能器 .从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线 ,进而确定了焦区位置 ,理论分析与实验结果符合较好 .对换能器的焦区声场作了定标     

声学参量阵再现差频波声场响应特性与控制

基于再现差频波声场响应非线性的特点,系统研究了调幅方式、声信号预处理等方面对再现差频波声场响应和功率消耗的影响,分析得到了波形、带宽、调幅系数、频率对失真度之间的关系.提出对单频声信号采用单边带调幅,对多频声信号采用拟合包络形状的方法.通过对3种控制处理方式在发射实时采集信号情况下的能耗和频谱方面的计算和对比,论证了单边带调幅和拟合方法,优化和改善了声学参量阵再现差频波声场的带宽要求和损耗.     

基于数据外推与内插的联合局部近场声全息

基于波叠加的数据外推与内插技术是两种基于波叠加法的对全息面数据进行扩展处理的局部近场声全息算法。依据数据外推与内插技术的优势与不足之处,提出了一种基于波叠加的数据外推-内插联合局部近场声全息技术,该技术在全息面测量数据的基础上同时进行数据内插与外推,从而在提高全息面分辨率的同时等效的扩大了测量孔径,以求实现用有限的传声器获得更为全面的声场信息,提高了声场重建的精度,同时降低了声场测量要求。数值仿真结果表明了该技术的实用性与有效性。     

矩形辐射体夹心式复频超声换能器研究

研究了一种具有多个共振频率的矩形辐射体夹心式复频超声换能器．换能器由圆柱形后盖板、压电陶瓷晶堆及矩形六面体前盖板组合而成．根据表观弹性法和一维纵向振动理论。给出了此类复频超声换能器横向（x，y方向）及纵向（z方向）共振频率方程．用有限元法对给定具体尺寸的此类换能器进行了模态和谐响应分析，得出了其频率输入导纳曲线．理论和数值计算分析表明。此类超声换能器具有多个共振频率，可在不同振动模态上工作，达到了利用同一尺寸超声换能器产生多个共振频率的目的．     

基于拖曳阵的本船辐射声场重建技术研究

针对传统水下辐射噪声测量方式的不足,提出了利用船舶自带拖曳阵回转的方式,根据波叠加方法进行本船辐射声场重建.该方法首先根据分段受力分析法获得回转过程中船舶与拖曳阵空间位置关系,然后通过拖曳阵接收的自噪声进行声场重建.通过仿真分析频率、空间位置、回转半径等因素对重建精度的影响.针对拖曳回转存在盲区的问题,提出声压-振速联合重建声场,实现全方位的本船辐射声场重建.将波叠加法的计算结果与virtual.lab计算的理论值进行对比,证明了基于拖曳阵的本船辐射声场重建技术的可行性,该方法计算效率高,计算精度满足工程应用要求.     

不同激励方式对有界空间超声场分布的影响

根据波的叠加原理分析了矩形空间的超声场分布,并对不同激励方式下的声场分布进行了实验研究。结果发现:单频正弦信号激励时,声源频率越高,声场分布越均匀;多频合成信号激励时,由于声波间的不相干性,声场的空间均匀性比单频信号激励时有显著改善,且频率越高,改善效果越明显。研究表明:就改善声场均匀性而言,应结合超声系统的谐振特性合理选择合成信号的带宽。     

空气中圆形平面发射器参量源声场计算与模拟

基于空气介质的非线性性质,改进伯克泰线源端射阵计算模型得到正轴声场解的局限,提出一个圆形平面发射器参量源辐射声场数学模型,以参量点声源的距离和再现声场点的距离的关系作为分割点,对参量点声源到再现声场点的距离作不同的夫琅和费近似,在计算差频波再现声场的同时获得正轴和偏轴方位的声响应.将数值计算模拟结果和实验结果比较,该模型能够更准确地表现二次再现差频波声场的分布状况.     

单模VCSEL激光自混和测距系统设计

本文给出了一个基于自混和效应的优化设计的激光测距系统．为了提高系统的测距精度和扩大测量的动态范围,我们使用了差频模拟锁相环（APLL）取代快速傅立叶变换（FFT）对信号进行处理,同时选取合适的三角波电流调制频率fm=400-600Hz．来对测量系统的性能进行优化．当采样时间是0．1s时,实验结果袁明使用了三角波电流调制和差频APLL的测距系统．整个系统的测量动态范围也能达到50—500mm,且精度为2mm．     

超声换能器暂态声场的理论分析与计算

把超声换能器所发射的脉冲波近似为理想高斯调制脉冲波 ,利用亥姆霍兹 -基尔霍夫积分定理 ,通过傅立叶分析的方法从理论上推导出了换能器暂态辐射声场的积分表达式和圆形平面活塞换能器中心轴线上暂态辐射声场分布的解析表达式 ;并对其边缘波和平面波进行了讨论。计算结果表明 ,利用该方法对换能器暂态辐射声场进行数值模拟是十分有效的     

钻柱中换能器声波信号传输特性实验研究

利用声波通过钻柱传输井下信息,具有得天独厚的信道条件,但是声波在钻柱中的传播特性还没有得到充分的研究,尤其是贴近工程应用的实验研究。依托低频宽带换能器建立了测试声波在钻柱信道中传输的实验装置,基于该装置对换能器声波信号的传输特性进行了实验研究及分析。结果表明:随着换能器激励电压的增大接收信号幅值呈现增大趋势,当电压大于130 V时接收信号幅值趋近饱和。理论和实验分析得到的频域特性均表现出明显的梳状滤波特性;但具体通阻带分布和结构形式存在差异,实际钻柱信道的频域特性更为复杂。由于换能器非线性特性和钻柱信道频带特性共同作用,对于实验用低频宽带换能器,选取3 100 Hz以内频率,并结合正交频分复用编码技术可极大增强声波传输的速率和适用性。     

水听器法测量功率超声振动珩磨空化声场分布

为了直接、简便地研究功率超声振动珩磨作用下的空化效应,对其声场建立数学模型,采用水听器对功率超声振动空化声场参数进行了定点测量,对数学模型所得到的仿真结果进行验证。为了研究流体介质中超声空化声场的分布情况,采用水听器法对不同功率与不同种类液体介质中的辐射超声场进行了多点声压测量。通过对比试验数据分析发现,声波沿换能器截面方向成对称分布,沿换能器轴向方向随距离的增加而衰减;不同种类的液体介质也会影响声压的分布以及空化效应的强弱。该方法可以直观的评价超声振动珩磨作用下的空化声场的强度和分布情况,对后续研究超声珩磨的空化泡动力学行为以及对超声振动珩磨装置的优化设计具有一定的实际应用价值。     

基于叉指换能器逆压电效应的激光检测新方法

使用激光在晶体表面激发的声表面波,尝试根据叉指换能器的逆压电效应来探测激光,从而实现声场的变化反演激光照射情况。在讨论激光照射对铌酸锂晶体中声表面波传播特性造成的影响时,建立了点状激光照射的热弹理论模型,首先排除环境温度整体变化的影响,证明了光对声场的影响和照射晶体内部温度梯度的变化有关;然后设计13MHz为中心频率的叉指换能器,从模拟与实验效果对比来看,由激光激发的声表面波影响了原叉指激发波的频率,13MHz及周围频率时的声压变化明显,中心频率迁移到15MHz,声压值波动衰减,从而反演激光的存在;通过理论和实验分析证明了声场检测激光的可行性,可以开拓性地将叉指换能器作为特殊传感器,可用于激光窃听等特场合。     

平面波束二次谐波方向性分析

以Westervelt方程为理论基础,推导了平面波束二次谐波的声压和声强分布,得出平面波束的二次谐波的指向特性主要与波束的尺寸和波长的相对比值、波束的频率有关,高频时也会有旁瓣出现,但在所有频率范围以内都有较尖锐的指向特性。     

圆形活塞圆周阵组合声源的远场指向性

为获得强指向性声源,设计了圆形活塞圆周阵组合声源,根据复合系统的指向性理论推导出声源远场的指向性函数.仿真结果表明:声源远场辐射均匀;声频越高,指向性越强;频率一定,活塞半径增大时,声源指向性也相应增强.相比单活塞声源和活塞个数相当的矩形阵活塞声源,该声源指向性较强.对由6片PZT-4压电陶瓷晶片组成的圆周阵水声发射换能器的实测结果表明,测量值与理论值基本一致,从而证明了该指向性函数的正确性.     

不同激励聚焦声源的焦斑特性比较

数值计算了在连续波,衰减波以及脉冲波等不同激励方式下凹球辐射面的聚焦声场,在此基础上,对不同激励源的焦斑特性进行了分析比较,对影响焦特性变化的因素进行了分析研究。计算结果表明,在碎石机的常用工作条件下,当脉冲波的主频与连续波频率相近时,其焦斑的尺寸大约是同样条件下连续波斑的二分之一。     

基于Fourier-Bessel分解的环型超声换能器设计

针对时空快照数据库提出一种从时空变化模式的方法．该方法采用基于密度和基于网格的方法，将高维密集单元的搜索限制在子空间密集单元的交集中，缩小了搜索空间．通过引入子约束和模式区间等概念，使算法能发现不同概念层上的变化模式．结果中的模式质量取决于离散过程中的最小粒度．实验证明这种方法能够有效地从时空快照数据中有效提取时空变化模式．     

平面型热声转换装置的特性分析

利用热声效应制作出一种由加热层、绝缘层和储热层构成的平面型热声转换装置.对加热层输入交变电压信号时,由于焦耳效应及各层材料的不同热力学特性,其表面附近区域会产生相应的声波.通过对装置模型进行理论分析,推导出装置输出声压及效率的表达关系式,并利用高速数据采集系统及红外成像仪对装置工作特性进行了实验研究.结果表明:该平面型热声转换装置的输出声压和效率随输入电功率的增大而增大;环境温度对装置输出声压的影响较小;通过对装置表面静态温度场分布进行分析,得到装置结构的优化方法.该装置实现了电能、热能、声能之间的转换,具有无任何运动部件、频率可控、稳定性高等优点,因而可广泛用于电声换能领域.     

气体钻井钻柱内声波信号传输规律分析

针对气体钻井随钻测量问题,参照医用听诊器的工作原理,提出在气体钻井中利用钻柱内声波进行井下信息传输的方法;通过建立钻柱内声波传播的数学模型并求解,得出钻柱内声波信号传输的衰减规律;利用声波导理论对钻柱的声波导特性进行分析,计算钻柱内声波的截止频率。通过管道声波传输实验,将采集声波信号与计算结果进行比对,验证了理论分析的准确性。结果表明,气体钻井钻柱内声波信号传输过程中的衰减程度随频率的升高而逐渐加剧;钻柱的内径尺寸决定了内部各阶声波的截止频率,内径越大,声波的截止频率越低;声波信号传输载波频率的选择时,应兼顾钻柱内声波信号的衰减规律和不同尺寸钻具的声波导特性,尽量选择钻柱截止频率内较低的频段,减少因高次波激发造成的衰减,延长声波信号的传输距离。     

声场流化床颗粒浓度时间序列分析

在内径140mm,高1600mm的声场流化床中,以FCC颗粒为流化介质,采用光导纤维探针测定不同轴／径向位置的颗粒浓度时间序列,通过统计分析、功率谱分析和小波分析揭示外加声场对颗粒浓度的影响。结果表明：声场的引入降低了颗粒最小流化速度,声压越大最小流化速度越小,声波频率在150HZ时最小流化速度最小。颗粒浓度功率谱呈现宽频且有明显主频的低频信号,声压越大主频的峰值越小,颗粒浓度信号的主频峰值随频率先下降后上升。对颗粒浓度信号进行5尺度离散小波变换,声场流化床中颗粒浓度信号高频部分增加,低频部分减小。