一种有限空间条件下水声无源材料隔声量时反聚焦测量方法技术

一种有限空间条件下水声无源材料隔声量时反聚焦测量方法，包括以下步骤：1)生成时反发射信号；2)无测试样品时聚焦信号的采集；3)有测试样品时透射聚焦信号的采集；4)隔声量的计算；5)隔声量的修正。本发明专利技术基于水声时间反转的空时聚焦特性，可抑制隔声量测量中透射信号的混响，降低混响对测量信号的干扰，适用于解决低频强混响背景下无源材料隔声量测量的难点问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水声无源材料声学性能的测量方法。水声无源材料在海洋工程中 被广泛应用，根据构件的功能特性，水声无源材料的声学性能评估指标包括插入损失、回声 降低、隔声量等。本专利技术提供一种水声无源材料隔声指数/隔声量的新测量方法。
技术介绍
水声无源材料在水声设备中使用广泛，在水声对抗领域具有关键作用。随着材 料科学的进步，粘弹性尚分子材料等尚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，对该类材料在水声使用环境中的声学参数测量是迫切需要解决的问 题。同时，低频情况下无源材料的声学特性测试是目前水声测量难点。根据构件的功能特 性，水声无源材料的声学性能评估指标包括插入损失、回声降低、隔声量等。目前常用的测 量方法有宽带脉冲压缩法、混响室法、驻波管法、行波管法等。然而，低频情况下受有限空间 环境吸声性能下降、发射波束宽度增加等影响，使测量时水听器记录的混响增强，另外，水 听器记录的有用测试信号受水听器离测试材料距离、测试材料吸声性能等影响，通常情况 下信号强度较低，最终导致信号与混响之比大幅降低，使现有技术的测量误差大大增加。因 此，研究信混比提高方法，发展在中低频段普遍适用的无源材料声学性能测量技术已成为 目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术的上述缺点，提供一种有限空间条件下水声无源材料隔声 量时反聚焦测量方法。 时间反转（时反）聚焦原理根据波动方程解的时反不变性及收发互易性，通过把 某一声源的接收信号在同一信道时反后发射，可实现该发射信号在声源处空间和时间聚 焦，即空间上多径声波到达于发射源处，时间上这些到达的多径声波将同相位叠加，聚焦后 的信号为原发射信号的时间反转形式。由于在一个时不变的声场中，波动方程解的时反不 变性和收发互易性成立，因此时反聚焦是一个时不变场的固有特性。目前时反聚焦技术已 应用于插入损失/透射系数以及回声降低/反射系数的测量，本专利技术提出一种有限空间条 件下水声无源材料隔声量时反聚焦测量方法。时反的空时聚焦特性使测量接收信号压缩成 原发射信号的时反形式，把本属于混响的干扰同相位叠加于直达入射波，成为可用信号，从 而大幅提高测量信混比，改善水声无源材料隔声量的测量精度，特别对于中低频段材料隔 声量的测试优势明显。 本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是： -种有限空间条件下水声无源材料隔声量时反聚焦测量方法，所述无源材料隔声 量测量方法包括以下步骤： 1)生成时反发射信号：首先，根据所需测量的频率范围，由测量系统生成所需发 射的信号，如宽带线性调频信号或窄带的脉冲余弦信号；然后，将接收水听器置于待放置的 测试样品附近，发射换能器阵经多通道模拟发射系统控制，各阵元对应通道依次独立地发 射信号，水听器依次记录经测试环境传播的各阵元发射信号；利用计算机对每一发射通道 对应的接收信号进行时延取齐、幅度归一化及时间反转，生成时反发射信号； 2)无测试样品时聚焦信号的采集：发射阵发射由1)产生的时反发射信号，试样附 近的水听器记录无测试样品时的信号b+1+"，包含直达信号P1，罐体四周反射信号的b以及 罐体顶部反射信号 3)有测试样品时透射聚焦信号的采集：将待测无源材料样品放入事先设定的位 置，发射阵再次发射由1)产生的时反发射信号，试样附近的水听器记录有测试样品时的信 号p\+1+"，其中上标t表示有试样时采集的信号为透射信号； 4)隔声量的计算：根据无测试样品时的采样信号P1^1及有测试试样时的采样信 号p\+1+"，计算得到隔声系数为 通过隔声系数与隔声量的关系式，得到隔声量为GL=-201g|Tp 5)隔声量的修正：为使本专利技术所测隔声量的结果与传统的自由场方法测量结果 一致，测量系统所需满足的条件为利用矢量水听器或多个标量水听器对信号进行指向性接 收。 本专利技术的技术构思为：利用换能器阵每一阵元依次发射信号，水听器接收经水声 信道传输的信号，获取换能器阵每一阵元到水听器位置处的信道响应，并通过每一阵元的 时延取齐、时间反转和幅度归一化，生成时反发射信号；根据时反原理，利用换能器阵再次 发射所生成的时反发射信号，实现在水听器位置处的空时聚焦，从而降低混响对测量信号 的影响。同时，空间聚焦同时也可增加试样处入射信号的空间分辨率，提高测量参数的空间 分辨率。 与现有的无源材料隔声量测量方法相比，本专利技术的技术优势主要表现在：基于时 反聚焦的测量技术可抑制混响，降低混响对测量信号的干扰，可解决低频强混响背景下无 源材料隔声量测量的难点问题。【附图说明】图1是发射阵发射时反信号时，无测试样品情况下各测量装置布放示意图。图2是发射阵发射时反信号时，有测试样品情况下各测量装置布放示意图。 图3是试样隔声量实验测量结果图。 图4是试样隔声量实验测量结果的扩展不确定度图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步描述。 参照图1~图4, ，用 于水下声学构件材料隔声性能测试。整套测量方法的实施方式如下： 1)生成时反发射信号 首先，根据所需测量的频率范围，由测量系统生成所需发射的信号，如宽带线性调 频信号或窄带的脉冲余弦信号。然后，将接收水听器置于待放置的测试样品附近，如图1所 示，发射换能器阵经多通道模拟发射系统控制，各阵元对应通道依次独立地发射信号，水听 器依次记录经测试环境传播的各阵元发射信号。利用计算机对每一发射通道对应的接收信 号进行时延取齐、幅度归一化及时间反转，生成时反发射信号。 2)无测试样品时聚焦信号的采集 如图1所示，把由1)生成的时反发射信号经发射阵发射，则根据时反原理，发射信 号在水听器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时水听器记录 没有测试样品时的接收信号Pm+"。 3)有测试样品时透射聚焦信号的采集 将待测无源材料样品放入测试位置处，如图2所示，发射阵再次发射由1)生成的 时反发射信号，水听器记录有测试样品时的接收信号p\+1+"。 4)隔声量的计算 利用采集的数据，计算得到隔声系数为 通过隔声系数与隔声量的关系式，得到隔声量为 GL= -201g|Tp 5)隔声量的修正 由于界面反射的存在，为使上述隔声量测量结果与自由场情况相一致，需对测量 结果进行修正。无试样情况声线传播如图1所示，设界面两次及以上弹跳信号微弱，可忽 略，隔声聚焦信号包含直达信号P,，压力罐界面反射信号Pp以及罐体右侧端面反射 信号p"。由于发射阵与接收阵距离靠近，反射信号b接近法向入射到压力罐界面，设接收 水听器具有旁瓣抑制力（通过矢量水听器或多个标量水听器实现），则界面反射信号P1^T 忽略；罐体右侧端面反射信号P1^T表示为aPps，其中a为信号路径传播损失导致的幅度 衰减因子，0为罐体右侧界面反射系数，Ps为发射信号。在有试样情况下，声线传播如图2 所示，隔声聚焦信号p\+1+"包含直达透射信号P\，罐体界面反射信号的及罐体右侧端 面反射信号P^1。同无试样情况类似，由于发射阵与接收水听器距离较近，p\可忽略。设自 由场隔声系数为T，则Pt1=tPi，p\i=a0tPs。所以步骤4)中由测量数据计算所得的 隔声系数可表示为 即与自由场测量结果一致。从上述过程可以看出，若通过矢量水听器或多个标量 水听器实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有限空间条件下水声无源材料隔声量时反聚焦测量方法，包括以下步骤：1)生成时反发射信号；首先，根据所需测量的频率范围，由测量系统生成所需发射的信号，如宽带线性调频信号或窄带的脉冲余弦信号；然后，将接收水听器置于待放置的测试样品附近，发射换能器阵经多通道模拟发射系统控制，各阵元对应通道依次独立地发射信号，水听器依次记录经测试环境传播的各阵元发射信号；利用计算机对每一发射通道对应的接收信号进行时延取齐、幅度归一化及时间反转，生成时反发射信号；2)无测试样品时聚焦信号的采集；把由步骤1)生成的时反发射信号经发射阵发射，则根据时反原理，发射信号在水听器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时水听器记录没有测试样品时的接收信号pr+i+ri，包含直达信号pi，罐体四周反射信号的pr以及罐体顶部反射信号pri；3)有测试样品时透射聚焦信号的采集；将待测无源材料样品放入测试位置处，发射阵再次发射由步骤1)生成的时反发射信号，水听器记录有测试样品时的接收信号ptr+i+ri，其中上标t表示有试样时采集的信号为透射信号；4)隔声量的计算；利用采集的数据，计算得到隔声系数为τp=ptr+i+ripr+i+ri]]>通过隔声系数与隔声量的关系式，得到隔声量为GL＝‑20lg|τp|5)隔声量的修正：为使所测隔声量的结果与传统的自由场方法测量结果一致，测量系统所需满足的条件为利用矢量水听器或多个标量水听器对信号进行指向性接收。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李建龙，肖甫，何志光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33