北京工业大学材料与制造学部数控精密加工技术研究所，北京 100124
激光具备优异的相干性、方向性和高能量，被广泛应用于激光通信、激光制导、高能**和精密加工等领域。然而，激光器本身和外部环境等因素会造成光束指向不稳定，严重降低了通信、制导和加工的精度。因此，构建了一种基于快速反射镜的光束指向性偏差矫正系统，并对光束指向性偏差矫正过程进行建模。重点构建了由位置敏感探测器的位置偏差信号到快速反射镜的矫正角度的控制模型。建立的控制模型可以实现对光束指向性偏差的检测和预测，并调整快速反射镜的姿态，以矫正光束指向性偏差，提高光束指向稳定性。通过实验验证了构建的系统和模型的性能。结果表明，依据构建的系统和模型校正后的光束在X方向和Y方向上的指向性偏差分别减少了78.08%和70.28%，光束指向稳定性显著提升。
光学设计 激光束传输 光路建模 光束指向性偏差 快速反射镜 位置敏感探测器 中国激光
2023, 50(14): 1405003
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
设计了一种基于金属基片结构的随钻四极子复合发射换能器。采用有限元法数值模拟了换能器的频域及时域声学响应, 考察了钻铤结构及声源激励脉冲宽度对其声学特性的影响, 实际封装制作了发射换能器并进行了消声水池实验测试。测试结果表明, 该发射换能器的谐振频率、发射电压级及水平指向性与数值模拟结果吻合较好。该换能器在频率4.7 kHz附近存在一阶弯曲振动模态, 其发射电压级可达126.2 dB, 具备低频、大功率的辐射特点, 可满足随钻四极子声波测井需求。
四极子发射换能器 指向性 发射电压级 有限元 随钻声波测井 quadrupole transmitting transducer directivity emission voltage level finite element method acoustic logging-while-drilling (LWD)
沈阳辽海装备有限责任公司, 辽宁 沈阳 110000
阵元间互辐射作用的存在会导致密排阵的性能变化, 如谐振频率漂移、辐射功率降低等, 对基阵整体性能产生不利影响。该文分析了八元平面阵的互辐射阻抗特性, 通过改变互辐射阻抗来提高阵的辐射功率, 并通过将互辐射作用引入指向性的算法, 修正了基阵的指向性算法。在此基础上, 用有限元软件仿真了基阵的指向性, 并制作样机进行了试验。结果表明, 工作频率越低, 阵元间距越小, 阵元间互辐射作用越强烈, 引入互辐射作用修正的基阵指向性更接近真实情况。
平面阵 互辐射 指向性 修正 planar array mutual radiation directivity amendment
1 中国计量大学 计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江省计量科学研究院, 浙江 杭州 310018
3 国家市场监管重点实验室(声学振动精密测量技术), 浙江 杭州 310018
4 浙江省声学振动精密测量技术研究重点实验室,浙江 杭州 310018
超声应力换能器指向性对超声应力检测精度具有重要影响。该文提出了半圆柱试块法, 被校换能器向半圆柱试块内部辐射声波, 接收换能器在试块圆柱面各角度接收到信号, 分析得到被校换能器的指向性。利用半圆柱试块法校准得到纵波换能器指向性, 其-3 dB波束宽度为5.01°, 这与水听器法测量值、理论值相对偏差分别为3.09%、2.66%。利用半圆柱试块法校准得到临界折射纵波换能器指向性, 其-3 dB波束宽度为10.55°, 这与仿真值相对偏差为2.23%。半圆柱试块法更符合超声应力的实际使用工况, 不受换能器水密性、换能器工作原理等限制, 适用于任意型号超声应力换能器, 且校准更高效、快捷。
超声应力 换能器 指向性 纵波 临界折射纵波 ultrasonic stress transducer directivity longitudinal wave critical refracted longitudinal wave
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 哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 工业和信息化部 海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学), 黑龙江 哈尔滨 150001
3 哈尔滨工程大学 水声工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
该文分析了用于位移矢量水听器的电涡流传感器的工作原理, 对电涡流传感器的传感系数进行研究, 得到了电涡流探头线圈的各参数对传感系数的影响, 并通过实验对传感系数的计算模型进行了验证。对电涡流位移传感器的指向性分辨力进行研究。运用有限元软件对其进行仿真, 得到主轴方向上传感系数与主轴正交方向上传感系数之比, 该比值随着金属被测体半径的增大而增大, 且均大于20 dB, 满足矢量水听器指向性分辨力的要求。
电涡流传感器 位移矢量水听器 指向性分辨力 传感系数 eddy current sensor displacement vector hydrophone directivity resolution sensing coefficient
1 中国科学院声学研究所 北海研究站, 山东 青岛 266011
2 天津市橡胶工业研究所有限公司, 天津 300384
该文利用声学透镜使声波能量聚焦, 实现小尺寸换能器窄波束声辐射。利用有限元方法分别建立了单凹面声透镜及双凹面声透镜仿真模型, 优化了声透镜结构参数, 设计并制作了双凹面声透镜指向性换能器, 并在消声水池内对换能器样机和声透镜进行了性能测试。换能器样机辐射面积直径120 mm, 设置声透镜后, 提高发送电压响应级4 dB, 发射指向性-3 dB波束开角由76°变为约30°(@10 kHz), 与仿真计算结果相符。实验结果表明, 声透镜有效减小了换能器发射波束宽度, 提高了换能器主瓣发送电压响应, 验证了双凹面声透镜对优化换能器指向性的效果。
指向性 声透镜 平面活塞换能器 小尺寸 波束 directivity acoustic lens planar piston transducer small size beam
1 中国科学院 声学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
为提高微机电系统(MEMS)压电指向性传声器的声压灵敏度, 该文采用有限元法对一种MEMS压电指向性传声器进行了仿真与性能优化。对于该压电指向性传声器结构的声压灵敏度随压电层材料种类、厚度及长度的变化进行了研究, 优化了结构参数, 提高了器件的灵敏度及信噪比。结果表明, 当硅梁厚为10 μm, 压电层厚为6.3 μm时, 器件灵敏度达到最大, 较先前结构提高了约14 dB。
有限元方法 微机电系统(MEMS)压电指向性传声器 压电结构 灵敏度 特征频率 finite element method micro-electro-mechanical system(MEMS) piezoelectri piezoelectric structure sensitivity characteristic frequency
