1 之江实验室光纤传感研究中心,浙江 杭州 310027
2 浙江大学海洋学院,浙江 舟山 316021
3 电子科技大学信息与通信工程学院,四川 成都 611731
报道了一种高性能大孔径分布式光纤水听拖曳阵列,其总长度为150 m,声学传感段长度为100 m,具有192个传感单元,采用单根光纤离散增敏制备而成,无需其他分离器件。传感基元通过驻波桶标定,在20~1000 Hz,平均声压灵敏度达到-127.44 dB(re rad/μPa)。阵列同时装配了自研的姿态感知模块,可实现拖曳过程的实时姿态获取。针对所研制的大规模分布式光纤水听拖曳阵列,开展了湖试综合测试,6 kn拖速下阵列声学段的倾角仅为7.8°,将192个传感单元数据波束合成后得到了16.87 dB的空间增益,传感器表现出了优异的综合性能。该高性能大规模分布式光纤水听拖曳阵列为光纤水听器发展提供了一条全新的技术路线,有力推动了基于DAS的“第三代声呐技术”的发展。
光纤光学 光纤水听器 光纤水听拖曳阵列 分布式光纤声波传感 声压灵敏度 姿态感知 目标轨迹跟踪
光子学报
2023, 52(10): 1052419
1 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所,青岛 266000
2 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋技术科学学院,青岛 266000
针对声速测量实验中多关注时间(相位)而忽略信号幅值的不足,依托常用的水声探测设备在水箱中搭建信号测量装置。利用示波器得到直达声的时间差和电压峰峰值,基于时差法的测量原理计算水中声速并进行电声转换,实现声速和声压的同步测量。结果表明声速和纯水中理论声速的相对误差为2.0%,声压级差和球面波声传播理论声压级差的相对误差约为6.0%。该实验设计加深了对声压、灵敏度等抽象概念的理解,训练了学生利用Excel进行数据处理的能力。
声速 声压 灵敏度 脉冲串 sound speed sound pressure sensitivity burst
中国计量科学研究院力学与声学计量科学研究所,北京 100029
针对激光干涉法高强度聚焦超声(HIFU)声压测量中干涉系统带宽解算依赖线性声场条件,导致解算结果与实际有较大差异的问题,首先通过理论分析,建立了HIFU声压测量中干涉信号的数理模型;针对非线性声场条件下干涉信号无法进行函数展开的情况,利用数值仿真的方法对干涉信号的频域进行分析;通过对比具有相同声压峰峰值和基频的线性和非线性声场条件下的干涉信号频谱,发现了非线性声场对激光干涉信号带宽的展宽作用,证明了现有线性声场条件下干涉系统带宽的估算方法不适用于HIFU声压测量;利用实测HIFU声压数据,通过仿真分析,发现在非线性声场条件下,激光干涉系统带宽随被测声压峰峰值呈二次方规律变化,而不是线性声场条件下的线性变化规律。
测量 高强度聚焦超声 声压测量 激光干涉系统带宽 非线性声场 中国激光
2023, 50(13): 1304002
中北大学 省部共建动态测试技术国家重点实验室, 山西 太原 030051
由微机电系统(MEMS)工艺制作的电容式微机械超声换能器(CMUT), 其具有宽频带, 易与电子电路集成制作等优势, 在医学成像领域具有广阔的应用前景。为了研究一种密排结构CMUT超声换能器的发射声场特征, 该文提出了一种简单的物理域相互作用分析方法。基于薄板的振动理论, 由CMUT单元的声学辐射原理及特性计算得到CMUT阵元辐射声场的解析解。通过振膜振动分布实验验证了采用薄板振动理论一阶振型方程的正确性。通过仿真和实验研究了CMUT发射单元在不同排布方式和条件下的声场分布、声轴声压和指向性, 为CMUT的设计和性能分析提供了理论依据。
电容式微机械超声换能器 薄板振动 声场 声轴声压 指向性 声发射特性 CMUT thin plate vibration sound field axial sound pressure directivity acoustic emission characteristic
为了深入研究高频超声振动(high-frequency ultrasound vibration, HFUV)对飞机薄壁结构激光焊接微熔池的影响机理, 借助COMSOL软件, 建立了激光微熔池模型, 开展了旁触式单振源模式下振幅、超声加载位置等参数对熔池声压作用规律的仿真计算, 分析了超声空化效应和声流效应的产生条件, 并试验验证了超声功率对接头微观组织以及生成相的影响。结果表明, 高频超声振动使得激光微熔池内部声压产生正负交替变化, 温度场更加均匀, 有利于空化泡的形成、闭合和超声空化效应的产生, 降低残余应力; 超声加载位置、超声振幅与熔池输入声压成正比, 超声加载位置每靠近熔池10 mm, 熔池声压增大2~3倍, 每增大4 μ倍的振动幅值, 熔池输入声压增大10 Pa; 超声振动对熔池主要起搅拌作用, 当振幅>7 μm、加载位置到熔池距离<60 mm时可产生声流效应, 距离<15 mm时, 影响机制则以空化效应为主; 随着辅加超声振动场强度的增大, 焊缝组织的晶粒度呈单调增加的趋势, 即组织随超声功率的增加逐渐细化。
COMSOL数值模拟 高频超声振动 振幅 熔池声压 微观组织 晶粒度 COMSOL simulation high-frequency ultrasound vibration (HFUV) amplitude acoustic pressure of the molten pool microstructure grain size
1 中国船舶科学研究中心, 江苏 无锡 214082
2 深海技术科学太湖实验室, 江苏 无锡 214082
该文从数学上计算了不同阶声压梯度组合对空间声场的估计误差, 分析了差分通道幅度和相位不一致性对有限差分近似误差的影响, 研究了水听器自噪声及模数转换量化误差对高阶水听器工作频率下限的制约关系, 提出了一种由4片压电三迭片构成的高阶声压梯度水听器, 尺寸为100 mm×50 mm, 能够测量声场一阶声压梯度和二阶混合声压梯度。利用有限元法计算获得平面波自由声场中水听器各通道的输出电压。计算结果表明, 二阶混合声压梯度通道的输出电压响应每倍频程升高12 dB, 指向性与纵向四极子声源指向性一致。
压电三迭片 高阶声压梯度 有限差分近似 工作频带 四极子指向性 piezoelectric bimorph high-order acoustic pressure gradient finite difference approximation operating frequency band quadrupole directivity
1 中国科学院 声学研究所 声场声信息国家重点实验室,北京 100190
2 中国科学院大学,北京 100049
为了提高压电微机电系统(MEMS)扬声器的声压级,该文提出了一种新型的扬声器振膜结构,该结构由4个相同的扇环驱动单元和中间圆形质量块组成,并在上表面覆有一层柔性材料,形成刚性-柔性耦合封闭振动膜。优化该结构中圆形质量块半径r2和相邻扇环的相邻边夹角θ等参数。结果表明,当θ=50°,r2=700 μm时,声压级最大。在保证振膜面积相同和谐振频率基本一致的情况下,与优化后的固支圆形多层振膜相比,该文所提出的新型结构声压级高5 dB。
压电 微机电系统(MEMS) 扬声器 声压级 刚性-柔性耦合 piezoelectric micro-electro-mechanical systems(MEMS) speaker sound pressure level rigid-flexible coupling