基于互易原理的聚焦声场与聚焦换能器校准技术的研究

摘要

如何能简单、准确地测量聚焦声场声功率和实现聚焦换能器与水听器的互易校准都成为目前急需解决的难题。本实验室首次利用平面波互易原理测量平面波超声功率，通过与IEC推荐的辐射力法的实验结果比较，取得了良好的一致性，为聚焦声场声功率的测量提供了理论和实验基础。本论文在国内外相关研究成果的基础上，利用本实验室在球面聚焦声场互易原理和互易校准的领先研究优势，深入进行了互易原理在聚焦声场及聚焦换能器校准技术的研究，进一步发展了球面聚焦换能器的互易校准技术及其应用，并开展了互易原理用于柱面聚焦换能器聚焦超声场的研究。本论文的主要研究内容为： 1、以平面波声场互易原理为基础，详细分析了聚焦声场中互易原理与平面波互易原理的不同之处，采用平面波互易法测量了平面换能器的声功率，将结果与辐射力法进行了实验比较。首次应用互易原理研究球面聚焦声场，实现了二种空气背衬球面聚焦换能器的声功率测量。在相同实验条件下与辐射力法的测量比较结果表明：聚焦声场互易法与国际上首选的辐射力法测量聚焦换能器的辐射声功率具有良好的一致性。用实验证明球面聚焦换能器互易原理及其校准方法、互易法测量声功率的正确性。 2、首次从理论上推导计算了柱面聚焦声场互易常数和柱面波衍射修正系数，定义了柱面聚焦换能器的焦线发射电压响应和电流响应参数，据此测量和计算了柱面聚焦换能器辐射声功率，实现了柱面聚焦换能器的互易校准。 3、在球面聚焦声场互易法的基础上，利用球面聚焦换能器的声源聚焦增益，由发射球面处的平均声压导出了焦点声压，计算测量了球面聚焦换能器的“焦点发射响应”新参数，并对焦点处水听器表面声压的空间平均效应进行了理论修正，首次实现了球面聚焦声场中水听器的互易校准。通过与平面波互易法的校准比对，结果符合较好。证明了该方法校准水听器的可行性和正确性。同时首次提出宽带脉冲频谱分析互易法。采用宽频带脉冲信号源激励球面聚焦换能器或平面活塞换能器，应用加窗的FFT方法对测量得到的第一回波电压、短路电流以及水听器输出端电压信号进行频谱分析，给出了水听器灵敏度的频率响应表达式，设计了一套相应的水听器校准实验和计算程序，实现了水听器在一段频带内的准连续校准。

目录

文摘

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论文说明：主要符号表

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第一章聚焦声场中声功率测量和水听器校准研究概述

第二章平面波超声功率测量的互易法与辐射力法实验比较研究

第三章球面聚焦声场声功率测量研究

第四章柱面聚焦声场互易原理研究

第五章球面聚焦声场中水听器校准研究

第六章水听器的宽带脉冲频谱分析互易法校准研究

第七章总结与展望

致谢

作者在攻读博士学位期间的科研成果