專利名稱：基于時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦的水聲無(wú)源材料回聲降低/反射系數(shù)測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下聲學(xué)材料回聲降低/反射系數(shù)的測(cè)量方法。水下聲學(xué)材料構(gòu)件是水聲工程中使用廣泛且至關(guān)重要的水下部件，為評(píng)估材料的吸聲性能，需開(kāi)展對(duì)相關(guān)吸聲參數(shù)的測(cè)試。水聲無(wú)源材料的聲學(xué)性能測(cè)量包括插入損失/透射系數(shù)、回聲降低/反射系數(shù)等參數(shù)的測(cè)量。
背景技術(shù)：
水下聲學(xué)材料構(gòu)件是水聲工程中使用廣泛且至關(guān)重要的水下部件，不同的應(yīng)用背景對(duì)材料聲學(xué)性能有特殊的要求。隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，粘彈性高分子材料等高性能吸聲新材料在隔聲減振、吸聲降噪等水聲工程領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。因而，對(duì)該類材料在水聲使用環(huán)境中的聲學(xué)性能研究和聲學(xué)參數(shù)測(cè)量是迫切需要解決的問(wèn)題。水聲無(wú)源材料的聲學(xué)性能測(cè)量包括插入損失(透射系數(shù))、回聲降低(反射系數(shù))、吸聲系數(shù)等參數(shù)的測(cè)量。目前水聲無(wú)源材料的聲學(xué)性能測(cè)量已經(jīng)取得了重要進(jìn)展，尤其在中高頻聲學(xué)性能測(cè)量方面，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與理論值之間的誤差可做到10%以下。但隨著水聲對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展，工作頻率逐漸向低頻擴(kuò)展，低頻(百赫茲 幾千赫茲)情況下的聲學(xué)材料研究是目前水聲學(xué)研究的重要趨勢(shì)之一，而實(shí)現(xiàn)日趨重要的材料性能低頻段精確測(cè)試通常需要更大規(guī)模的測(cè)試容器和相關(guān)設(shè)備。目前常用的測(cè)量方法有基于聲管的小樣品測(cè)試法，如脈沖管法、駐波管法、傳遞函數(shù)法等，以及基于消聲水池/壓力容器的大樣測(cè)試方法，如壓縮脈沖疊加法、參量源法、 聲全息法等。小樣測(cè)試通常不能反映材料的整體聲學(xué)性能，而大洋測(cè)試往往由于測(cè)試環(huán)境對(duì)低頻聲波的吸聲性能有限，不能完全消除多徑對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的影響，導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。并且，由于發(fā)射聲波主瓣寬度隨頻率的降低而逐漸增大，即主瓣分辨力逐漸降低，因此在低頻條件下，由于待測(cè)試樣尺寸有限導(dǎo)致的邊界效應(yīng)亦會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成嚴(yán)重影響，使現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量誤差大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有水聲無(wú)源材料聲學(xué)性能測(cè)量技術(shù)在中低頻段測(cè)試中測(cè)量誤差大、測(cè)量精度低的不足，本發(fā)明提供一種有效減少測(cè)量誤差、提高測(cè)量精度的基于時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦的水聲無(wú)源材料回聲降低/反射系數(shù)測(cè)量方法。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于時(shí)反聚焦的水聲無(wú)源材料回聲降低/反射系數(shù)測(cè)量方法，所述測(cè)量方法包括以下步驟1)生成時(shí)反發(fā)射信號(hào)；2)有測(cè)試樣品時(shí)聚焦信號(hào)采集發(fā)射-接收陣(SRA)接收信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行幅度歸一化、功率控制及時(shí)間反轉(zhuǎn)，并由SRA進(jìn)行發(fā)射，則根據(jù)時(shí)反原理，發(fā)射信號(hào)在發(fā)射-接收換能器處產(chǎn)生空時(shí)聚焦，該聚焦信號(hào)為原發(fā)射信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)形式，此時(shí)發(fā)射-接收換能器處的換能器作為水聽(tīng)器記錄有測(cè)試樣品時(shí)的聚焦信號(hào)；3)無(wú)測(cè)試樣品時(shí)聚焦信號(hào)采集將試樣從測(cè)試環(huán)境中取出，再次由SRA發(fā)射步驟 2)中的時(shí)反發(fā)射信號(hào)，則信號(hào)仍會(huì)在發(fā)射-接收換能器處實(shí)現(xiàn)空時(shí)聚焦，此時(shí)，由于試樣取出，該聚焦信號(hào)不包括樣品反射信號(hào)，設(shè)該聚焦信號(hào)為Pi+ri ；4)回聲降低/反射系數(shù)計(jì)算利用反射系數(shù)/回聲降低的計(jì)算公式可獲得所需的試樣參數(shù)計(jì)算結(jié)果，其計(jì)算公式如下所示
__ , . _ -_ Pr+i+ri+rir Pi+ri反射系數(shù)-/P----,
γ i+ri回聲降低Er= jOloglrpl-
tOOia] 其中，rp表示反射系數(shù)，Er表示回升降低值。進(jìn)一步，所述測(cè)量方法還包括以下步驟5)回聲降低修正反射聚焦信號(hào)包含直達(dá)信號(hào)Pi及界面反射信號(hào)的Ph、試樣反射信號(hào)P,以及界面反射波再經(jīng)試樣反射后回波Pm，設(shè)界面兩次及以上彈跳信號(hào)微弱，根據(jù)自由場(chǎng)反射系數(shù)計(jì)算公式，試樣反射信號(hào)κ也可以表示為<凡/(2句 <為自由場(chǎng)條件下有限試樣反射系數(shù)，2d為試樣與聚焦點(diǎn)處雙程傳播損失；可表示為/D，其中f為試樣小角度情況下試樣自由場(chǎng)反射系數(shù)，r,為界面反射系數(shù)，Ps為發(fā)射信號(hào)，D為傳播距離；則由測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算所得的反射系數(shù)可表示為
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)反聚焦的水聲無(wú)源材料回聲降低/反射系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于所述測(cè)量方法包括以下步驟.1)生成時(shí)反發(fā)射信號(hào)；.2)有測(cè)試樣品時(shí)聚焦信號(hào)采集SRA接收信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行幅度歸ー化、功率控制及時(shí)間反轉(zhuǎn)，并由SRA進(jìn)行發(fā)射，則根據(jù)時(shí)反原理，發(fā)射信號(hào)在發(fā)射-接收換能器處產(chǎn)生空時(shí)聚焦，該聚焦信號(hào)為原發(fā)射信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)形式，此時(shí)發(fā)射-接收換能器處的換能器作為水聽(tīng)器記錄有測(cè)試樣品時(shí)的聚焦信號(hào)；.3)無(wú)測(cè)試樣品時(shí)聚焦信號(hào)采集將試樣從測(cè)試環(huán)境中取出，再次由SRA發(fā)射步驟2)中的時(shí)反發(fā)射信號(hào)，則信號(hào)仍會(huì)在發(fā)射-接收換能器處實(shí)現(xiàn)空時(shí)聚焦，此時(shí)，由于試樣取出， 該聚焦信號(hào)不包括樣品反射信號(hào)，設(shè)該聚焦信號(hào)為PiM ；.4)回聲降低/反射系數(shù)計(jì)算利用反射系數(shù)/回聲降低的計(jì)算公式可獲得所需的試樣參數(shù)計(jì)算結(jié)果，其計(jì)算公式如下所示反射系數(shù)
2.如權(quán)利要求1所述的基于時(shí)反聚焦的水聲無(wú)源材料回聲降低/反射系數(shù)測(cè)量方法， 其特征在于所述測(cè)量方法還包括以下步驟.5)回聲降低修正反射聚焦信號(hào)包含直達(dá)信號(hào)Pi及界面反射信號(hào)的P^試樣反射信號(hào)K以及界面反射波再經(jīng)試樣反射后回波P&，設(shè)界面兩次及以上彈跳信號(hào)微弱，根據(jù)自由場(chǎng)反射系數(shù)計(jì)算公式，試樣反射信號(hào)也可以表示為
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于時(shí)反聚焦的水聲無(wú)源材料回聲降低/反射系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于所述步驟1)中，生成時(shí)反發(fā)射信號(hào)的過(guò)程如下首先，根據(jù)所需測(cè)量的頻率范圍，由測(cè)量系統(tǒng)生成發(fā)射信號(hào)，然后，將發(fā)射-接收換能器及待測(cè)試樣放入測(cè)試環(huán)境， 兩者在距離上靠近，發(fā)射-接收換能器既作為時(shí)反用PS，又可作為水聽(tīng)器接收直達(dá)信號(hào)及材料透射信號(hào)，利用該換能器發(fā)射測(cè)量信號(hào)；同時(shí)，測(cè)量所用的發(fā)射-接收陣記錄經(jīng)測(cè)試環(huán)境傳播的信號(hào)。
全文摘要
一種基于時(shí)反聚焦的水聲無(wú)源材料回聲降低/反射系數(shù)測(cè)量方法包括以下步驟1)生成時(shí)反發(fā)射信號(hào)；2)有測(cè)試樣品時(shí)聚焦信號(hào)采集發(fā)射-接收陣(SRA)發(fā)射由1)生成的時(shí)反發(fā)射信號(hào)，則根據(jù)時(shí)反原理，發(fā)射信號(hào)在測(cè)試樣品附近的發(fā)射-接收換能器處產(chǎn)生空時(shí)聚焦，該聚焦信號(hào)為原發(fā)射信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)形式，此時(shí)發(fā)射-接收換能器處的換能器作為水聽(tīng)器記錄有測(cè)試樣品時(shí)的聚焦信號(hào)pr+i+ri+rir；3)無(wú)測(cè)試樣品時(shí)聚焦信號(hào)采集；4)回聲降低/反射系數(shù)計(jì)算利用反射系數(shù)/回聲降低的計(jì)算公式可獲得所需的試樣參數(shù)計(jì)算結(jié)果；5)回聲降低修正測(cè)量結(jié)果的修正。本發(fā)明對(duì)于中低頻段回聲降低/反射系數(shù)的測(cè)量可有效減少誤差、提高精度，因此適用于全頻段測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102539530SQ20121000917
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者何元安, 盧少杰, 孔祥東, 常鵬善, 李建龍, 王欣, 閆孝偉 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司船舶系統(tǒng)工程部, 浙江大學(xué)