基于时间反转聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法

摘要

一种基于时反聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法包括以下步骤：1)生成时反发射信号；2)有测试样品时聚焦信号采集：发射-接收阵(SRA)发射由1)生成的时反发射信号，则根据时反原理，发射信号在测试样品附近的发射-接收换能器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时发射-接收换能器处的换能器作为水听器记录有测试样品时的聚焦信号p_r+i+ri+rir；3)无测试样品时聚焦信号采集；4)回声降低/反射系数计算：利用反射系数/回声降低的计算公式可获得所需的试样参数计算结果；5)回声降低修正测量结果的修正。本发明对于中低频段回声降低/反射系数的测量可有效减少误差、提高精度，因此适用于全频段测量。

主权项

一种基于时反聚焦的水声无源材料回声降低/反射系数测量方法，其特征在于：所述测量方法包括以下步骤：1)生成时反发射信号；2)有试样时聚焦信号采集：SRA接收时反发射信号后，对其进行幅度归一化、功率控制及时间反转，并由SRA进行发射，则根据时反原理，时反发射信号在发射－接收换能器处产生空时聚焦，该聚焦信号为原发射信号的时间反转形式，此时发射－接收换能器作为水听器记录有试样时的聚焦信号p_r+i+ri+rir；3)无试样时聚焦信号采集：将试样从测试环境中取出，再次由SRA发射步骤2)中的时反发射信号，则时反发射信号仍会在发射－接收换能器处实现空时聚焦，此时，由于试样取出，该聚焦信号不包括试样反射信号，设该聚焦信号为p_i+ri，所述的SRA为发射‑接收阵；4)回声降低/反射系数计算：利用反射系数/回声降低的计算公式可获得所需的试样参数计算结果，其计算公式如下所示：反射系数：$r_p=\frac{p_{r+i+\mathrm{ri}+\mathrm{rir}}-p_{i+\mathrm{ri}}}{p_{i+\mathrm{ri}}},$回声降低：E_r＝‑20log|r_p|其中，r_p表示反射系数，E_r表示回升降低值；5)回声降低修正：反射聚焦信号p_r+i+ri+rir包含直达信号p_i及界面反射信号的p_ri、试样反射信号p_r以及界面反射波再经试样反射后回波p_rir，设界面两次及以上弹跳信号微弱，根据自由场反射系数计算公式，试样反射信号p_r也能够表示为，为自由场条件下有限试样反射系数，2d为试样与聚焦点处双程传播损失；p_rir能够表示为，其中为试样小角度情况下试样自由场反射系数，r_q为界面反射系数，p_s为发射信号，D为传播距离；则由测量数据计算所得的反射系数表示为$\begin{array}{c}{r}_p=\frac{p_{r+i+\mathrm{ri}+\mathrm{rir}}-p_{i+\mathrm{ri}}}{P_{i+\mathrm{ri}}}\\ =\frac{[p_i+p_{\mathrm{ri}}+r_P^s{p}_i/\left(2d\right)+r_p^{\prime s}{r}_q{p}_s/D]-[p_i+p_{\mathrm{ri}}]}{p_i+p_{\mathrm{ri}}}\end{array}$试样多径反射系数近似等于法向反射系数则$r_p\approx \frac{r_p^s{p}_i^s+r_p^s{r}_q{p}_{s}2d/D}{(p_i^s+p_{\mathrm{ri}})2d}=\frac{1}{q}{r}_p^s\ne r_p^s,$其中$q=\frac{(p_i+p_{\mathrm{ri}})2d}{p_i+r_{q}2d/D}$利用时反聚焦法测量所得的反射系数r_p与自由场条件测量所得的试样反射系数不相等在测试环境不变的情况下，q为一常量；首先，利用参考试样进行试验，获得与试样属性无关的修正因子q，然后利用该因子修正待测试样测量值r_p，即$r_p^s=q{r}_p$根据反射系数与回声降低的关系，推得修正后的回声降低为：$\begin{array}{c}{E}_r^s=-20\log \left|r_p\right|-20\log \left|q\right|\\ =E_r-20\log \left|q\right|\end{array},$其中E_r由步骤4)通过试验数据计算得到。