[發(fā)明專利]一種基于聲壓補(bǔ)償機(jī)制的二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710281708.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN107102060B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉寧;鄭明曄;陳毅;胡更開
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲波調(diào)控領(lǐng)域，具體涉及一種基于聲壓補(bǔ)償機(jī)制的二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試方法。

背景技術(shù)

二維聲波導(dǎo)基本形式為兩塊相對(duì)平行薄板間隙構(gòu)成的波導(dǎo)區(qū)域，由于波導(dǎo)板對(duì)聲場(chǎng)的約束作用，截止頻率以下的聲波僅沿平行于板方向傳播，在垂直板方向聲壓無梯度變化。因此，二維聲學(xué)波導(dǎo)中聲場(chǎng)形式十分簡(jiǎn)單，是聲學(xué)測(cè)試的一種較好方案，可用于聲學(xué)參數(shù)測(cè)量、聲波調(diào)控等實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，相比于三維消聲室測(cè)試環(huán)境，具有場(chǎng)地要求低、測(cè)試方便等優(yōu)點(diǎn)。因此本發(fā)明研究了一種基于聲壓補(bǔ)償機(jī)制的二維水聲波導(dǎo)。

空氣密度極低(1.22kg/m³)，一般固體相對(duì)空氣的阻抗比可達(dá)到1000，能夠有效約束空氣聲傳播，可以用作空氣聲波導(dǎo)板，二維聲波導(dǎo)在傳播介質(zhì)為空氣的條件下較容易實(shí)現(xiàn)；而水的密度(1000kg/m³)較空氣大1000倍，現(xiàn)有固體材料均不能對(duì)水聲實(shí)現(xiàn)良好約束作用，二維聲波導(dǎo)在傳播介質(zhì)為水的條件下難以實(shí)現(xiàn)，急需要提供一種二維水聲的測(cè)試環(huán)境。

目前，學(xué)者提出了的二維水聲測(cè)試主要采用近似方法，該方法是采用換能器陣列產(chǎn)生近似二維聲場(chǎng)；即將測(cè)試件在垂直于傳播方向做得足夠長(zhǎng)；是將試件中面測(cè)得結(jié)果當(dāng)成二維測(cè)試結(jié)果，同時(shí)還需要換能器同步控制及寬敞的測(cè)試水池，由此可見該測(cè)試方法解決的二維水聲測(cè)試環(huán)境，不僅使得測(cè)試件的加工成本非常高、測(cè)試控制復(fù)雜，而且局限性大、可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于聲壓補(bǔ)償機(jī)制的二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試方法，能夠提供安裝測(cè)試便捷、工況適用性強(qiáng)、費(fèi)用成本低和可靠性高的二維水聲的測(cè)試環(huán)境。

實(shí)現(xiàn)本方案的具體實(shí)施步驟為：

第一步：構(gòu)建二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試模型，所述模型由兩塊波導(dǎo)板及換能器構(gòu)成；兩塊波導(dǎo)板相對(duì)平行放置構(gòu)成二維波導(dǎo)腔體；并將所述測(cè)試模型置于消聲水池中，并將消聲水池的各個(gè)表面設(shè)置成吸波邊界；

第二步：在波導(dǎo)腔中放置測(cè)試件，同時(shí)在兩個(gè)波導(dǎo)板的外側(cè)表面上分別設(shè)置補(bǔ)償件，所述補(bǔ)償件與測(cè)試件相同，兩補(bǔ)償件中心點(diǎn)與測(cè)試件的中心點(diǎn)共線；

第三步：換能器發(fā)射聲波，獲得聲波經(jīng)過波導(dǎo)腔體時(shí)的聲壓云圖；

第四步：判斷所述聲壓云圖在豎直方向是否存在梯度變化，若存在，調(diào)整兩塊波導(dǎo)板的厚度或材料屬性，直至聲壓云圖在豎直方向上無梯度變化，進(jìn)入步驟五，若不存在，進(jìn)入步驟五；

第五步：搭建第四步所確定測(cè)試模型的實(shí)體，在兩塊波導(dǎo)板周邊設(shè)置一水聽器，并按照第二步的方式放置測(cè)試件和補(bǔ)償件；

第六步：基于水聽器所接收的換能器發(fā)射的聲波，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)件二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試。

進(jìn)一步地，換能器為壓電水聲換能器。

進(jìn)一步地，構(gòu)建二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試模型的軟件為COMSOL Multiphysics。

有益效果：

本發(fā)明利用薄板結(jié)合聲壓補(bǔ)償方法可有效構(gòu)建二維聲場(chǎng)環(huán)境，用于不同試件二維水聲實(shí)驗(yàn)測(cè)試。相比于現(xiàn)有二維水聲測(cè)試方案，本方法避免了試件尺度較大及大型消聲水池環(huán)境不足等缺點(diǎn)，同時(shí)具有安裝測(cè)試便捷、費(fèi)用成本低及適用于不同試件等優(yōu)點(diǎn)，填補(bǔ)了水聲二維波導(dǎo)及測(cè)試方案的空白。不僅使得測(cè)試件的加工成本非常低、測(cè)試控制簡(jiǎn)單，而且局限性小、可靠性高。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中所述二維水聲波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例1中瞬時(shí)聲壓模擬結(jié)果。

圖3為實(shí)施例2中所述圓柱散射二維測(cè)試示意圖。

圖4為實(shí)施例2中瞬時(shí)聲壓模擬結(jié)果。

圖5為實(shí)施例3中所述無補(bǔ)償方案時(shí)圓柱散射二維測(cè)試示意圖。

圖6為實(shí)施例3中無補(bǔ)償方案時(shí)瞬時(shí)聲壓模擬結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

一種基于聲壓補(bǔ)償機(jī)制的二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試方法，該方法為:

第一步：構(gòu)建二維水聲聲場(chǎng)測(cè)試模型，所述模型由兩塊波導(dǎo)板及換能器構(gòu)成；兩塊波導(dǎo)板相對(duì)平行放置構(gòu)成二維波導(dǎo)腔體；并將所述測(cè)試模型置于消聲水池中，并將消聲水池的各個(gè)表面設(shè)置成吸波邊界；

第二步：在波導(dǎo)腔中放置測(cè)試件，同時(shí)在兩個(gè)波導(dǎo)板的外側(cè)表面上分別設(shè)置補(bǔ)償件，所述補(bǔ)償件與測(cè)試件相同，兩補(bǔ)償件中心點(diǎn)與測(cè)試件的中心點(diǎn)共線；

具體構(gòu)建模型過程如下：在仿真軟件中分別繪制消聲水池、兩塊薄板、兩個(gè)補(bǔ)償件、換能器和測(cè)試件A的幾何模型，其中，換能器是一軸向尺寸小于聲波波長(zhǎng)的換能器，兩個(gè)補(bǔ)償件與測(cè)試件A幾何模型相同，并將繪制好的幾何模型進(jìn)行裝配，具體裝配步驟如下：