[發明專利]一種透鏡聲場建模方法

有效

• 申請號: 200810064292.X
• 申請日: 2008-04-15
• 公開（公告）號: CN101256234A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 卞紅雨;吳菊;高云超;桑恩方;沈鄭燕
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S7/523
• 分類號: G01S7/523;G01S15/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1、一種透鏡聲場建模方法，其特征是：

1)初始參數定義，定義聲波的頻率與聲壓幅度，外部介質與聲透鏡的聲學參數；

2)建立坐標系，以聲透鏡的厚度方向為x軸，當計算透鏡內部的聲場時，以前界面的中心為原點O₁，空間內任意點Q以(x，r，θ)表示，其中x為過點Q與x軸垂直的平面與x軸的交點x₁距O₁的距離，r為該平面內Qx₁線段的長度，θ為該平面內Qx₁直線與垂直向上方向的夾角；當計算透鏡外部的聲場時，原點O₂位于透鏡后界面的邊緣所圍成的平面與x軸的交點，其它定義同上；

3)聲波從外部介質由透鏡的前界面射入透鏡，按照聲波的射線性計算聲波的折射方向與聲壓的幅度、相位；

4)過O₁垂直于x的平面記為平面1，進一步計算平面1上各點的復聲壓；

5)將平面1上的每一點看作球面子波源，根據聲波的波動性，計算透鏡第二個凹面內部各點的復聲壓；

6)再次按照射線性計算聲波射出后界面的折射角與聲壓的幅度、相位；

7)過O₂垂直于x的平面記為平面2，計算平面2上各點的復聲壓；

8)按照第5步的方法計算透鏡后部的聲壓場。

2、根據權利要求1所述的透鏡聲場建模方法，其特征是：所述的按照聲波的射線性計算聲波的折射方向與聲壓的幅度、相位的方法是：

設聲波由介質1射入介質2時，與O₁x軸的夾角是β₁，其他位置的入射角可以由透鏡的幾何形狀方程得到，聲波與透鏡軸線交點處Q1的聲壓為：

p1=(A0-α1l1)exp(-ikl1)l1]]>

折射角β₂可根據下式計算：

sinβ1sinβ2=c1c2]]>

聲波由介質1入射到介質2時的折射系數表示為：

T12=2ρ2c2cosβ1ρ2c2cosβ1+ρ1c1cosβ2]]>

入射到透鏡內，Q2點的聲壓為：

p2=p1·T12=2ρ2c2cosβ1ρ2c2cosβ1+ρ1c1cosβ2(A0-α1l1)exp(-ikl1)l1]]>

依此算出透鏡前界面內部各點的聲壓和聲線方向。

3、根據權利要求1或2所述的透鏡聲場建模方法，其特征是：所述的按照聲波的波動性計算后界面內部各點的復聲壓的方法是：

將平面1上的每一點看作球面子波源，以每一子波源為中心發射球面子波，在其前部聲壓場的聲壓幅值就是這些子波的疊加，每一子波的振幅在原始波前的傳播方向上最大，在其相反的方向上最小為0，

透鏡后界面內部任一點Q4(x₄，r₄，θ₄)處的聲壓可表示為：

P(x4,r4,θ4)=-12π∫∫P3∂∂x[exp(-ikR(r3,θ3,x4,r4,θ4))R(r3,θ3,x4,r4,θ4)]·r3dr3dθ3]]>

其中：

P₃是平面1上Q3(0，r₃，θ₃)點處的復聲壓，

k=2πλ=2πfc]]>為波數，λ是波長，c是介質中的聲速，

R是點Q4和Q3間的距離，

是點源的格林函數，它描述了作為聲壓場的干擾點源，

展開偏微分，積分變為：

P(x4,r4,θ4)=12π∫∫P3(-ik-1R)x4exp(-ikR(r3,θ3,x4,r4,θ4))R2(r3,θ3,x4,r4,θ4)r3dr3dθ3]]>

因為R相對聲波波長來說較大，上式可簡化為：

P(x4,rr,θ4)=ikx42π∫∫P3exp(-ikR(r3,θ3,x4,r4,θ4))R2(r3,θ3,x4,r4,θ4)r3dr3dθ3]]>

依此計算出透鏡后界面內部各點的復聲壓。