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基于时间反转聚焦的水声无源材料声学性能测量

孔祥东  
【摘要】:水下声学材料构件是水声工程中使用广泛且至关重要的水下部件,不同的应用背景对材料声学性能有特殊的要求。随着材料科学的进步,粘弹性高分子材料等高性能吸声新材料在吸声降噪等水声工程领域的应用日益广泛。因而,对该类材料在水声使用环境中的声学性能测量和研究是迫切需要解决的问题。 水声无源材料的声学性能测量包括插入损失(透射系数)、回声降低(反射系数)、吸声系数等参数的测量。目前水声无源材料的声学性能测量在中高频段已经取得了重要进展,但随着主动声纳技术的发展,其探测信号频率逐渐向低频扩展,所以发展低频情况下水声无源材料声学性能的测量方法是目前水声测量领域的主要趋势。 时间反转聚焦技术充分利用了波导环境中声传播的多径特性,将多径与直达波同相位叠加,使接收信号在时间上得到了压缩,增强了信号幅度,降低了混响效应,从而可提高低频情况下接收信号的信混比。同时,时间反转技术的空间聚焦特性使信号主瓣较基于平面波波束形成(直达波单路径)的常规阵发射窄,可减小声波衍射对测量结果的影响。本文通过理论仿真分析和现场试验对时间反转聚焦测量方法进行了研究。 为了使时间反转技术能够在封闭圆柱形容器环境中得到最佳的聚焦效果,本文利用声射线的方法对该环境中的声场进行了分析,通过对主瓣分辨力和对旁瓣的抑制能力的分析,设计了最佳的接收阵和发射阵组合。 由于时反测量方法利用了波导的多径效应,为使测量结果与自由场条件相一致,通过理论分析,提出了测量参数的修正方法。分别在波导水池和压力容器环境开展了无源材料声学性能常压测量试验,并且在压力容器环境中进行了2MPa、3MPa、4MPa压力条件下的声学性能测量。通过标准试样试验结果与自由场理论结果的比较,验证了时间反转聚焦技术应用于无源材料声学性能测量的可行性。


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