环境因素对海-气界面低频异常声透射的影响研究

针对海中声源在海-气界面低频异常声透射问题,根据两层媒质声传输模型,分析了大气声速和密度与气压、气温、湿度及海水中声速和密度与海温、盐度间的关系,研究了低频声透射和传输受温度、气压、盐度、湿度等因素的影响,分析了各因素对声透射和传输的影响程度.结果表明:1)声透射到大气中的声功率与气温、湿度负相关,与海温、盐度、气压正相关;2)单极子与水平偶极子声源辐射到海中的声功率与海温、盐度负相关,而垂直偶极子声源辐射到海中的声功率与海温、盐度正相关;3)声透射指向性与海温正相关,与气温负相关;4)低频声透射受温度影响最大,其次是盐度,受气压和湿度影响较小,垂直偶极子声源的声透射受温度影响大于水平偶极子和单极子声源.

水下声波异常透射水-空气界面特性

为探究水下声波关于水-空气界面的异常透射特性,开展了非均匀波作用下水下声波异常声透射理论与实验研究。分别针对实验室理想环境和千岛湖开阔水域真实应用环境搭建水下声波透射实验系统,获取非均匀波作用下水下声波透射水-空气界面的变化规律和影响因素,深入分析了非均匀波作用机理。研究结果表明:当声源深度和水下声波波数乘积小于1时,非均匀波的作用不可忽略,透射系数较大;非均匀波与均匀波能量占比接近时,透射系数随声波频率增大出现波动减小,随声源深度增加平滑减小;水下声波透射入空气时的辐射角范围受非均匀波作用影响较大,随着非均匀波作用的增强,辐射角度范围逐渐增大;研究结果为水下声波异常透射技术在实际环境中的应用奠定基础,对声信号跨介质传递研究提供数据支撑。

基于声异常透射效应的高强度聚焦超声换能器

高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound,HIFU)作为一种新型无创的外科技术已在临床上应用于各种良恶性实体肿瘤治疗。为了实现安全高效的肿瘤治疗,HIFU换能器的聚焦效率仍然有待提高。本文综述了声异常透射效应的基本原理,以及近期利用声异常透射效应的HIFU聚焦超声换能器的研究。主要涉及两个方面的工作:(1)将声人工结构引入凹面型声透镜的设计,设计并制作了声超常透镜,对声透镜式聚焦换能器进行改进,达到了降低旁瓣的效果,从而提高了HIFU治疗的安全性;(2)基于球弧周期槽阵列设计并制作了超构聚焦换能器,以增强HIFU换能器聚焦效率。从理论及实验两方面研究了超构聚焦换能器与传统凹面换能器的声压分布和在组织中产生的温升。本文研究结果可进一步促进HIFU在临床治疗的广泛应用。