专利名称：基于时间反转聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法
技术领域：
本发明涉及一种水下声学材料回声降低/反射系数的测量方法。水下声学材料构件是水声工程中使用广泛且至关重要的水下部件，为评估材料的吸声性能，需开展对相关吸声参数的测试。水声无源材料的声学性能测量包括插入损失/透射系数、回声降低/反射系数等参数的测量。
背景技术：
水下声学材料构件是水声工程中使用广泛且至关重要的水下部件，不同的应用背景对材料声学性能有特殊的要求。随着材料科学的进步，粘弹性高分子材料等高性能吸声新材料在隔声减振、吸声降噪等水声工程领域的应用日益广泛。因而，对该类材料在水声使用环境中的声学性能研究和声学参数测量是迫切需要解决的问题。水声无源材料的声学性能测量包括插入损失(透射系数)、回声降低(反射系数)、吸声系数等参数的测量。目前水声无源材料的声学性能测量已经取得了重要进展，尤其在中高频声学性能测量方面，实验测量值与理论值之间的误差可做到10%以下。但随着水声对抗技术的发展，工作频率逐渐向低频扩展，低频(百赫兹 几千赫兹)情况下的声学材料研究是目前水声学研究的重要趋势之一，而实现日趋重要的材料性能低频段精确测试通常需要更大规模的测试容器和相关设备。目前常用的测量方法有基于声管的小样品测试法，如脉冲管法、驻波管法、传递函数法等，以及基于消声水池/压力容器的大样测试方法，如压缩脉冲叠加法、参量源法、 声全息法等。小样测试通常不能反映材料的整体声学性能，而大洋测试往往由于测试环境对低频声波的吸声性能有限，不能完全消除多径对实验测量的影响，导致测量误差增大。并且，由于发射声波主瓣宽度随频率的降低而逐渐增大，即主瓣分辨力逐渐降低，因此在低频条件下，由于待测试样尺寸有限导致的边界效应亦会对测试结果造成严重影响，使现有技术的测量误差大大增加。
发明内容
为了克服现有水声无源材料声学性能测量技术在中低频段测试中测量误差大、测量精度低的不足，本发明提供一种有效减少测量误差、提高测量精度的基于时间反转聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种基于时反聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法，所述测量方法包括以下步骤1)生成时反发射信号；2)有测试样品时聚焦信号采集发射-接收阵(SRA)接收信号后，对其进行幅度归一化、功率控制及时间反转，并由SRA进行发射，则根据时反原理，发射信号在发射-接收换能器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时发射-接收换能器处的换能器作为水听器记录有测试样品时的聚焦信号；3)无测试样品时聚焦信号采集将试样从测试环境中取出，再次由SRA发射步骤 2)中的时反发射信号，则信号仍会在发射-接收换能器处实现空时聚焦，此时，由于试样取出，该聚焦信号不包括样品反射信号，设该聚焦信号为Pi+ri ；4)回声降低/反射系数计算利用反射系数/回声降低的计算公式可获得所需的试样参数计算结果，其计算公式如下所示
__ , . _ -_ Pr+i+ri+rir Pi+ri反射系数-/P----,
γ i+ri回声降低Er= jOloglrpl-
tOOia] 其中，rp表示反射系数，Er表示回升降低值。进一步，所述测量方法还包括以下步骤5)回声降低修正反射聚焦信号包含直达信号Pi及界面反射信号的Ph、试样反射信号P,以及界面反射波再经试样反射后回波Pm，设界面两次及以上弹跳信号微弱，根据自由场反射系数计算公式，试样反射信号κ也可以表示为<凡/(2句 <为自由场条件下有限试样反射系数，2d为试样与聚焦点处双程传播损失；可表示为/D，其中f为试样小角度情况下试样自由场反射系数，r,为界面反射系数，Ps为发射信号，D为传播距离；则由测量数据计算所得的反射系数可表示为
权利要求
1.一种基于时反聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数測量方法，其特征在于所述测量方法包括以下步骤.1)生成时反发射信号；.2)有测试样品时聚焦信号采集SRA接收信号后，对其进行幅度归ー化、功率控制及时间反转，并由SRA进行发射，则根据时反原理，发射信号在发射-接收换能器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时发射-接收换能器处的换能器作为水听器记录有测试样品时的聚焦信号；.3)无测试样品时聚焦信号采集将试样从测试环境中取出，再次由SRA发射步骤2)中的时反发射信号，则信号仍会在发射-接收换能器处实现空时聚焦，此时，由于试样取出， 该聚焦信号不包括样品反射信号，设该聚焦信号为PiM ；.4)回声降低/反射系数计算利用反射系数/回声降低的计算公式可获得所需的试样參数计算結果，其计算公式如下所示反射系数
2.如权利要求1所述的基于时反聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数測量方法， 其特征在于所述测量方法还包括以下步骤.5)回声降低修正反射聚焦信号包含直达信号Pi及界面反射信号的P^试样反射信号K以及界面反射波再经试样反射后回波P&，设界面两次及以上弹跳信号微弱，根据自由场反射系数计算公式，试样反射信号也可以表示为
3.如权利要求1或2所述的基于时反聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数測量方法，其特征在于所述步骤1)中，生成时反发射信号的过程如下首先，根据所需测量的频率范围，由測量系统生成发射信号，然后，将发射-接收换能器及待测试样放入测试环境， 两者在距离上靠近，发射-接收换能器既作为时反用PS，又可作为水听器接收直达信号及材料透射信号，利用该换能器发射测量信号；同时，测量所用的发射-接收阵记录经测试环境传播的信号。
全文摘要
一种基于时反聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法包括以下步骤1)生成时反发射信号；2)有测试样品时聚焦信号采集发射-接收阵(SRA)发射由1)生成的时反发射信号，则根据时反原理，发射信号在测试样品附近的发射-接收换能器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时发射-接收换能器处的换能器作为水听器记录有测试样品时的聚焦信号pr+i+ri+rir；3)无测试样品时聚焦信号采集；4)回声降低/反射系数计算利用反射系数/回声降低的计算公式可获得所需的试样参数计算结果；5)回声降低修正测量结果的修正。本发明对于中低频段回声降低/反射系数的测量可有效减少误差、提高精度，因此适用于全频段测量。
文档编号G01N29/04GK102539530SQ20121000917
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者何元安, 卢少杰, 孔祥东, 常鹏善, 李建龙, 王欣, 闫孝伟 申请人:中国船舶工业集团公司船舶系统工程部, 浙江大学