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。

浅海域水下声波模拟

介绍一种具有水下信号发生器功能的软件，称为ANGUS（水下声音的人工噪声发生器），该软件能用作模拟浅水中水侦听阵列所接收到的实际水下信号的工具，系统可以模拟包括多个不同的声源和接收器位置的各种情况。

基于水下声波映像法的桥梁基础抛石防护检测与评估

位于水中的大桥桥墩基础会受到水流冲刷等不同形式的侵害,桥墩基础冲刷状态和加固效果评估需要快速有效的水下探测技术。水下声波映像法利用声发射激励震源,多点水声检波器同时采集弹性波信号,实现水域复杂环境快速探测。基于弹性波在复杂介质中的传播特性,提取采集剖面的弹性波波形数据,利用映像识别方法判断弹性波反射强度变化。采用数值模拟的手段模拟复杂介质中的弹性波传播特性,基于弹性波反射强弱和波形走时等映像特征识别抛石位置范围等信息。在此基础上,开展了桥梁基础抛石防护现场测试,结合多波束扫测及三维可视化方法得到了水下抛石空间分布。最后,测试结果与实际抛填量进行对比,验证了水下声波映像法的有效性。

多用途的水下声波监听系统

冷战期间,水下监听系统(SOSUS)用于对敌方潜水艇和舰船进行探测、跟踪的军事用途达35年之久。随着冷战的结束,这种原先只用于军事目的的装置开始为民用服务。几年前,设立在华盛顿州温德比岛上的美国海军监听站就与科学领域的研究人员合作,进行跟踪鲸类、研究海底火山喷发、侦探非法的漂网捕鱼等一系列工作。

水下强声波脉冲引发的空化气泡运动和声辐射

通过建立由等离子体声源、PCB压力传感器和高速相机等构成的实验测量系统,研究了强声波脉冲引发的空化气泡运动和二次声辐射。通过实验,观察到了强声波脉冲特有的波形结构,空化气泡的成长、膨胀和坍缩过程以及气泡坍缩时辐射的声信号。其次,利用Gilmore方程和Bernoulli方程,从理论上对空化气泡的运动和声辐射进行了数值模拟和分析。研究结果表明:(1)在强声波脉冲正压区的作用下,空化气泡将受到压缩并围绕"准平衡态半径"振荡;在强声波脉冲负压区的作用下,空化气泡将出现膨胀、坍缩和回弹的物理过程。(2)空化气泡坍缩时周期性辐射的声脉冲持续时间极短,具有"冲击波"的特点。

水下超声波检测技术及其可靠性分析

以管节点焊缝的检测为例分析了水下超声波检测(UWUT)的工艺过程和技术要点.在此基础上,对UWUT的可靠性及其影响因素深入分析.同时,对UWUT的发展趋势也进行了介绍.

第四专题 水下超声波检测技术

介绍了水下超声波检测技术的基本原理、检测设备、工艺过程、检测程序、记录与报告等,对检测结果的可靠性及其影响因素也进行了分析.

基于矢量传感器扭曲声波方位角和俯仰角估计

由于幅值和相位扭曲声波到达单个矢量传感器时仍能保持空间一致性,基于单个矢量传感器,采用计算有效的子空间技术,提出了一种幅值和相位扭曲水下声波的方位角和俯仰角估计算法。分析了影响算法性能的因素,并针对单个矢量传感器接收的信号波形具有扭曲幅值和扭曲相位的情况,推导了方位角和俯仰角估计的CRB(Cramer-Rao bound)。数值仿真表明算法对信号的振幅和相位扭曲具有很强的鲁棒性。

水下无线传感器网络目标定位算法

提出了一种基于目标位置的定位转换算法,通过对水下声波传播衰减的研究,推导出距离与声强度的公式,进一步由节点接收到目标强度信息计算出节点与目标的距离进行定位。当目标处在水下传感器网络内部时,根据节点接收到信号强度的大小,进行加权质心定位算法。为解决三维坐标系下目标深度的计算,通过在海面设置大功率骨干节点,通过主动探测声呐测得目标的距离与角度,从而计算出目标深度。仿真验证表明,本文算法的有效性。

潜水员水下手势大揭秘

声音是人与人沟通交流的重要方式。在陆地上,人类可以通过语言交流。但对于潜水员来说,进入水下之后,不仅无法张嘴说话,听觉也会受到很大的影响,日常使用的语言就会毫无用武之地。于是,潜水员想出了各种各样的方式进行水下沟通:下水前潜水员之间约定好灯光(潜水手电)信号,但这种方式不仅效率低,而且记住这些灯光信号也是个烦琐的过程;购买专门的水下声波通信器材,但这类器材不仅价格昂贵,而且十分笨重,不适合大多数以观光为目的的休闲潜水员……为解决这些问题,一套简单又形象的水下手势被潜水员逐渐创造出来,并成为各国潜水员通用的“国际语言”。

水下无损检测技术的研究现状和发展趋势

文章介绍了水下构件的损伤形式和水下无损检测的技术手段,根据实践经验指出了目前存在的问题,并分析了今后的发展方向。

几种抛物方程形式的相位误差分析

近轴近似是引起抛物方程(parabolic equation, PE)自身固有相位误差的根本原因.为选取适合目标场景中的最优PE形式,基于色散分析方法,推导了现有六种PE形式的色散关系,评估出折射率和传播仰角对各PE形式相位误差的影响,进而分析出对流层电波传播、水下声波传播、森林电波传播三种典型场景中各PE形式的精度.研究发现,对于对流层电波传播场景,Lin-Duda型PE精度最高,Feit-Fleck型PE和Tappert型PE的精度几乎完全相同,紧随其后的是Padé型PE;对于水下声波传播场景,Padé型PE和Lin-Duda型PE最为准确;对于森林电波传播场景,Lin-Duda型PE的精度依旧是最高的.进一步地,通过固定相位误差限给出了不同PE形式的适用仰角范围.

激光等离子体声信号特性

为了对激光等离子体声信号特性进行深入研究,构建了激光声实验系统。使用波长1.06μm Nd:YAG脉冲激光聚焦击穿水介质产生激光等离子体声信号,使用水听器对信号进行接收,通过高速摄像机对信号产生过程进行了记录。分析了激光等离子体声信号的时频域特征。从理论上研究了激光等离子体声信号的指向性和传输特性,并进行了实验验证。研究结果表明:激光等离子体声信号时域脉宽为15μs左右,频带宽度为200kHz,主频在70kHz左右。信号在不同传输角度上的幅度差异很小,按照近似1/r的规律衰减,传输过程中主频逐渐减小。

水下强声波脉冲负压的产生和空化气泡运动

首先利用高速摄影和压力传感器测量的方法,对曲面反射式水下强声波脉冲的传播和聚焦过程进行了实验研究.实验研究发现,椭球面反射罩在起到汇聚声能的作用的同时也将使得强声波脉冲在传播过程中形成负压区,并由此而引发近场声传播通道上空化气泡群的产生.在实验结果的基础上,进一步利用基于Kirchhoff衍射定理的声传播模型和大振幅条件下的QX气泡运动方程,对强声波脉冲负压区的形成原因及空化气泡的运动过程进行了数值计算和分析.研究结果表明,在焦前区,源于反射罩内表面的"尾波"和出口处的"边缘波"在传播过程中将形成反射波中的负压区;在焦后区,源于反射罩顶点的"中心波"在传播过程中将形成反射波中的负压区.在反射波作用下,空化气泡体现出了"正压区受压缩并振荡,负压区膨胀"的运动特点.在反射波之后,空化气泡将出现成长、坍缩和回弹等典型的物理过程.研究结果对曲面反射式水下强声波传播物理规律的认识具有实际意义.

’90年世界近海油气田工艺技术会议论文选编

1990年5月,在美国休斯敦市召开了世界近海油气田工艺技术会议。来自世界各国的25000名科学家、工程师、经理和代表参加了会议。有18个国家的作者在会上发表了285余篇有关勘探、钻井、采油等科研、生产方面的论文。兹选择其中16篇论文摘要编译如下,供我国近海油气田工作者参考借鉴。摘要结尾的编号均为该会原论文编号,供读者查考。

Fizeau干涉型光纤水听器声压灵敏度校准

根据Fizeau干涉型光纤水听器的相位变化量公式,计算声压场条件下随声压变化的水听器总相位变化量。通过仿真,定量分析了水听器水平与垂直姿态及深度因素对各个频率下的声压灵敏度的影响。利用振动液柱法进行光纤水听器的实验环境测试。结果表明,姿态与深度因素均会对最终测量结果造成较大影响,在40~2000 Hz频带内,与水平姿态时相比,水听器在垂直姿态时将有0.9 dB^18.2 dB的灵敏度差异,深度读取误差造成的灵敏度误差在4 dB内。由于垂直姿态下水听器各部分所感受的声压场不同,因而测量结果与水平姿态结果存在差异,在声压场测试环境中,水平校准结果比垂直校准结果更精确,且测量深度越深,校准结果越稳定。

杨德森:用“水声”奏响海洋强国之音

人类可以登上38万公里外的月球,但对海洋的了解却比月球还少。当无线电波、光波等能量形式面对海水的强烈吸收都望而却步时,只有声波能够在水中远距离传播,于是,水声学应运而生。“水声”是对水下声波的发生.传播和接收过程中声学特性及应用的研究。