专利名称：非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法
技术领域：
本发明涉及声波非线性相互作用领域，尤其涉及声波之间非线性参数相互作用的输出调节方法。
背景技术：
从1960年维斯特维尔特开始提出利用声与声的非线性相互作用形成参量阵概念以来，非线性声学的发展越来越快，应用越来越广，对它的研究和应用取得了很多新的进展。水中声波的非线性相互作用可认为是在相互作用区域形成了变参数发射器或者是变参数接收器。变参数相互作用过程的概念诞生于无线电学，其实质是在某个振荡电路中的电容或者是电感发生周期性变化时，就可使微弱电信号出现放大或减弱。声波之间发生非线性相互作用的过程中，参数相互作用问题占有极其重要的地位。声波能量传输的过程中， 起核心作用的是诱导扩散过程，使得弱信号波与泵波相互作用同时产生各阶谐波，表现为声极子分裂的不稳定性，波的振荡，谱能量的转移等，但是相互作用过程中遵守能量守恒定律。声波之间发生非线性参数相互作用的条件是介质具有强的非线性或者相互作用的声波之一是大功率声波，可以激发介质的非线性，这个声波可以低频声波也可以是低频声波。已有很多学者研究了声波的参数相互作用问题，i^enlon利用傅立叶级数展开，给出了多个大振幅简谐声波相互作用后各频率成分的表现形式。现有技术中以i^nlon理论为基础，研究了空气介质中大振幅波对声波的抑制，也有关于大振幅波对弱波的放大问题的研究。还有利用谱分解方法研究水介质中两超声波的非线性相互作用理论，讨论了低频波能量的变化。没有关于声波变参数相互作用后生成ω2新声场后三列声波幅值随距离和频率的变化特征、声波能量随传播距离和频率变化的能量转移过程。发明内容
本发明的目的在于提供一种可以根据实际需要调节各列波的输出能量的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法。
本发明的目的是这样实现的
包括以下步骤
(a)频率为ω 3的泵波和频率为ω工的弱信号波发生非线性相互作用，产生频率为 ω2的谐振波；
(b)根据所述泵波、弱信号波和谐振波的频率ω3、Co1和ω2，分别计算相互作用后三列波位移χ处的幅值B1 (x)、B2 (χ)和B3 (χ)；
(c)根据获得的泵波幅值 (x)、弱信号波幅值B1(X)及谐振波幅值的变化特点实现对三列波的输出能量调节。
本发明还可以包括
1、所述谐振波为和频谐振波或者差频谐振波，即ω2 叫J 或者 ω3「饵。
2、所述计算三列波位移χ处的幅值B1Uhh(X)和 (》的方法为
步骤(bl)根据泵波和弱信号波在非线性介质中相互作用的伯格斯(Burgers)方程，计算获得在位移X处声波振速V (χ)；
步骤( )根据步骤(bl)获得的声波振速V(X)，计算获得三列声波相互作用后的波幅方程；
步骤(b!3)由波幅方程计算获得相互作用后的三列波在位移χ处的幅值&00、 B2 (χ)和 (χ)。
3、所述伯格斯(Burgers)方程为
cpt Cq φτ 2cqP0 φτ2
其中，ν为声波振速，β lj B/2A，Β/Α为介质的非线性参数，是状态方程泰勒级数展开式中二次项系数与线性系数之比，它是非线性声学的基本参量，Ctl为静态声速，P0为非线性介质的密度，τ 「x/c。为时间延迟，χ为测量距离。b为介质粘滞系数，bJ ^η] n^r^) ζ为切粘滞系数，η为体粘滞系数，_为温度电导率系数，cv, Cp为 ν Ρ ,K电容比热和电压比热；
声源在χ = 0处发送的正弦波，计算获得在位移χ处声波振速V(X)表示为
权利要求
1.一种非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是包括以下步骤(a)频率为《3的泵波和频率为Co1的弱信号波发生非线性相互作用，产生频率为ω2 的谐振波；(b)根据所述泵波、弱信号波和谐振波的频率ω3、ωι*ω 2，分别计算相互作用后三列波位移χ处的幅值B1 (x)、B2 (χ)和B3 (χ)；(c)根据获得的泵波幅值 (x)、弱信号波幅值B1(X)及谐振波幅值的变化特点实现对三列波的输出能量调节。
2.根据权利要求1所述的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是所述谐振波为和频谐振波或者差频谐振波，即ω2= ω1+ω3或者ω2= ω3-ω10
3.根据权利要求1所述的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是所述计算三列波位移χ处的幅值B1 (x)、B2 (χ)和 (χ)的方法为步骤(bl)根据泵波和弱信号波在非线性介质中相互作用的伯格斯方程，计算获得在位移χ处声波振速ν (χ)；步骤( )根据步骤(bl)获得的声波振速V(X)，计算获得三列声波相互作用后的波幅方程；步骤(b!3)由波幅方程计算获得相互作用后的三列波在位移χ处的幅值B1(X)A2(X)和 B3(χ)。
4.根据权利要求3所述的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是所述伯格斯方程为
5.根据权利要求1所述的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是三列声波相互作用后的波幅方程
6.根据权利要求2所述的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是当产生的谐振波为和频谐振波时，即ω2= ω 1+ω 3时，将三列波的复振幅表示为实振幅和相位的形式
7.根据权利要求2所述的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是当产生的谐振波为差频谐振波时，即ω2= ω3-ωι时，将三列波的复振幅表示为实振幅和相位的形式A1 (χ) = B1 (χ) exp(/^>j)<^2(x) = Jg2(x)exp(%) A3 (χ) = B3 (χ) exp(冲3)其中，B1 00, (χ)， (χ)和仍,( , 为频率CO1, ω 2，ω 3声波的实数振幅和相位常数; 耗散系数31 = 0，1 = 1，2，3，初始条件化(0) =0，Δφ = -ττ/2时，求得相互作用后三列声波的幅值为
8.根据权利要求1所述的非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法，其特征是所述实根据获得的泵波幅值 (x)、弱信号波幅值B1(X)及谐振波幅值化(χ)的变化特点实现对三列波的输出能量调节是下列之一(1)根据获得的泵波幅值 (x)、弱信号波幅值B1(X)和谐振波幅值的变化特点实现对三列波的输出能量调节，调节弱信号波或者谐振波的输出能量；(2)根据相互作用后弱信号波幅值B1(X)和谐振波幅值化(χ)随泵波频率《3的变化特点，调节弱信号波或者谐振波的输出能量；(3)根据相互作用后弱信号波幅值B1(X))和谐振波幅值化(χ)随弱信号波频率Q1的变化特点，调节弱信号波或者谐振波的输出能量；(4)根据相互作用后弱信号波幅值B1(X)和谐振波幅值化(χ)随泵波幅值 (0)的变化特点，调节弱信号波或者谐振波的输出能量。
全文摘要
本发明提供了一种非线性介质中声波相互作用后声能量的输出调节方法。(a)频率为ω3的泵波和频率为ω1的弱信号波发生非线性相互作用，产生频率为ω2的谐振波；(b)根据所述泵波、弱信号波和谐振波的频率ω3、ω1和ω2，分别计算相互作用后三列波位移x处的幅值B1(x)、B2(x)和B3(x)；(c)根据获得的泵波幅值B3(x)、弱信号波幅值B1(x)及谐振波幅值B2(x)的变化特点实现对三列波的输出能量调节。本发明结合光学与水声学中声波相互作用的基本原理，确定生成声波的能量变化呈现脉动规律，可以根据实际需要调节各列波的输出能量。
文档编号H04R3/00GK102510548SQ20111031612
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者兰朝凤, 时胜国, 李思纯, 杨德森, 洪连进 申请人:哈尔滨工程大学