【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于声学参数测试领域，特别涉及一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法及装置。
技术介绍
1、声学超材料是一类由亚波长结构单元构成的具有超常物理特性的人工周期性材料。通过巧妙设计超材料的结构单元，可以精确操控声波的传输方向，从而实现常规材料所不具备的独特功能。在声学超材料的研究中，测试声学超材料的复透反射系数是重要性能表征之一。如公开号为cn110609085a的中国专利公开了一种基于矢量水听器的声学超材料声学性能测量方法，包括：根据矢量水听器的指向性图谱，确认所述矢量水听器的指向性并确定所述矢量水听器的布放位置；测量计算未放置声学超材料工况下，各测量位置的矢量声强；测量计算放置声学超材料工况下，各测量位置的矢量声强；计算得到声学超材料各测量位置处声强反射系数和声强透射系数，及整块试样的平均声强反射系数和平均声强透射系数；计算得到声学超材料各测量位置处声压反射系数和声压透射系数，整块试样的平均声压反射系数和平均声压透射系数。以及如公开号为cn114965696a的中国专利公开了一种软质超声凝胶材料等效声学参数测定方法及系统，通过在软质凝胶超构材料后面增加背衬材料，解决了软质凝胶超构材料的反射信号太弱而无法测量到的问题。
2、复透反射系数包括幅值信息与相位信息，透反射系数的幅值测试手段已较为成熟，然而相位测试却仍然是一个巨大挑战。以反射系数为例，传统的相位测试具体方法如下：
3、
4、其中为水听器接收的经样品的一次反射信号，为水听器接收的直达波信号，l为水听器到样品之间的距离，
5、由于样品、水听器的固定方式及水下距离测量相对困难等因素，l的测量误差相对较大，且批量测试样品时需要多次更换、固定样品，多次测试水听器至样品间的距离l，在比较样品性能时会累积更多误差，从而严重影响反射系数相位的准确性。
6、因此，如何减少定位误差带来的相位测试偏差，从而获得超材料相对准确的复透反射系数是目前本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法及装置，可以减少定位误差引起的相位计算偏差，获得具有幅值及相位信息的复透反射系数。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，所述方法包括：
4、(1)在超声超材料的左右两侧均布置水听器和换能器；
5、(2)测量两水听器之间的距离d以及超声超材料的厚度d；
6、(3)当垂直入水后，两换能器先后发射超声波，两水听器分别接收直射信号i1、反射信号r1、透射信号t1与直射信号i2、反射信号r2、透射信号t2；
7、(4)利用直射信号i1、直射信号i2、反射信号r1、反射信号r2及两水听器之间的距离d、超材料的厚度d计算相位信息的复反射系数；
8、(5)利用直射信号i1、直射信号i2、透射信号t1、透射信号t2及两水听器之间的距离d、超材料的厚度d计算相位信息的复透射系数。
9、本专利技术无需测量水听器到超材料样品之间的距离，而是利用双水听器之间的距离与样品厚度计算相位。这种方法可以排除样品、水听器的固定方式的影响，也可以解决水下距离测试困难的问题，从而减少定位误差引起的相位计算偏差，获得具有幅值及相位信息的复透反射系数。
10、在步骤(1)中，所用的超材料样品为对称材料。
11、在步骤(2)中，利用游标卡尺或螺旋测微器测量超材料的厚度d，利用激光测量两水听器之间的距离d。
12、在步骤(3)中，所有装置垂直入水后，第一换能器先发射超声波，第一水听器接收直射信号i1与经超声超材料的一次反射信号r1，第二水听器接收经超声超材料的透射信号t1；关闭第一换能器后，第二换能器后发射超声波，第一水听器接收经超声超材料的透射信号t2，第二水听器接收直射信号i2与经样品的一次反射信号r2。
13、在步骤(4)中，复反射系数r计算方法如下：
14、
15、
16、其中ar为反射系数的幅值，ar1、ar2、ai1、ai2分别为反射信号r1、反射信号r2、直射信号i1、直射信号i2的幅值；为反射系数的相位，分别为反射信号r1、反射信号r2、直射信号i1、直射信号i2的相位；d为两双水听器之间的距离，d为超材料样品的厚度,k0为水中超声波波数。
17、在本专利技术中，计算超材料反射相位时无需测量水听器到超材料样品之间的距离，而是利用双水听器之间的距离与样品厚度，可以减少定位误差引起的相位计算偏差。
18、在步骤(5)中，复透射系数t计算方法如下：
19、
20、
21、
22、其中at为透射系数的幅值，at1、at2、ai1、ai2分别为透射信号t1、透射信号t2、直射信号i1、直射信号i2的幅值；为透射系数的相位，分别为透射信号t1、透射信号t2、直射信号i1、直射信号i2的相位；d为双水听器之间的距离，d为超材料样品的厚度，k0为水中超声波波数。
23、在本专利技术中，计算超材料透射相位时同样无需测量水听器到超材料样品之间的距离，而是利用双水听器之间的距离与样品厚度，减少定位误差引起的相位计算偏差。
24、本专利技术还提供了一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的装置，所述装置包括设置在超声超材料两侧的信号测试装置，所述信号测试装置均包括信号发生器、换能器、水听器、功率放大器及示波器，信号发生器发射特定的调制脉冲信号，换能器将信号发生器传输的电信号转换为声波信号，水听器检测到在水箱中传播的声波并再次转换成电信号，经过功率放大器后由示波器采集并记录并输出；
25、所述装置采用上述方法测试超声超材料复透反射系数。
26、其中，在信号测试装置入水前测量两水听器之间的距离；在测试不同样品时保持两水听器之间的位置不变。
27、本专利技术针对声学复透反射系数测试中定位误差引起相位测试偏差这一问题，提供一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法及装置：这种方法可以排除样品、水听器的固定方式的影响，也可以解决水下距离测试困难的问题，从而获得具有幅值及相位信息的复透反射系数；在此基础上利用反演法可测得等效密度、等效模量等声学参数，为声学超材料提供了一种重要表征手段。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所用的超材料样品为对称材料。
3.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，在步骤(2)中，利用游标卡尺或螺旋测微器测量超材料的厚度d，利用激光测量两水听器之间的距离D。
4.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，在步骤(3)中，当垂直入水后，第一换能器发射超声波，第一水听器接收直射信号I1与经样品的一次反射信号R1，第二水听器接收经超声超材料的透射信号T1；关闭第一换能器后，第二换能器发射超声波，第一水听器接收经超声超材料的透射信号T2，第二水听器接收直射信号I2与经样品的一次反射信号R2。
5.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，在步骤(4)中，复反射系数R计算方法如下：
6.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复
7.一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的装置，其特征在于，所述装置包括设置在超声超材料两侧的信号测试装置，所述信号测试装置均包括信号发生器、换能器、水听器、功率放大器及示波器，信号发生器发射特定的调制脉冲信号，换能器将信号发生器传输的电信号转换为声波信号，水听器检测到在水箱中传播的声波并再次转换成电信号，经过功率放大器后由示波器采集并记录并输出；
8.根据权利要求7所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的装置，其特征在于，在信号测试装置入水前测量两水听器之间的距离；在测试不同样品时保持两水听器之间的位置不变。
...【技术特征摘要】
1.一种利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所用的超材料样品为对称材料。
3.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，在步骤(2)中，利用游标卡尺或螺旋测微器测量超材料的厚度d，利用激光测量两水听器之间的距离d。
4.根据权利要求1所述的利用双水听器测试超声超材料复透反射系数的方法，其特征在于，在步骤(3)中，当垂直入水后，第一换能器发射超声波，第一水听器接收直射信号i1与经样品的一次反射信号r1，第二水听器接收经超声超材料的透射信号t1；关闭第一换能器后，第二换能器发射超声波，第一水听器接收经超声超材料的透射信号t2，第二水听器接收直射信号i2与经样品的一次反射信号r2。
5.根...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。