一种测量水声材料透声性能角谱的方法

摘要

本发明涉及一种测量水声材料透声性能角谱的方法。本发明在自由场或近自由场水域中，指向性声源发射宽带脉冲信号，通过测量水声材料试样表面及试样背面的复声压分布，利用时频傅立叶变换及二维空间傅立叶变换，分离出不同频率、不同入射角度样品表面的入射波分量和透射波分量，从而得到样品不同频率时声压透射系数角谱。本发明有益的效果是：一是实现水声材料构件透声性能的角谱测量；二是无需反复发射不同单频信号，无需进行样品多角度地旋转，就能够测试声波斜入射时，水声材料不同频率的透声性能分布，极大地提高了工作效率。

主权项

一种测量水声材料透声性能角谱的方法，其特征在于：该方法通过三个测试面上复声压测试，分离出不同频率、不同入射角度样品表面的入射波分量和透射波分量，从而得到样品的声压透射系数角谱，具体包括如下步骤：步骤一：假定声源位于待测样品上方z=zs处，在声源与待测材料间及待测材料背面，z=z1、z=z2和z=z3设定为三个测量面，测量面与待测材料互相平行，并假定z=0平面与待测材料重合，且原点与材料几何中心重合；步骤二：声源发射宽带信号，利用二维傅立叶变换则z=z1、z=z2和z=z3三个测量面上的复声压分解为各个方向上的平面波分量： P ( k x , k y , z 1 ) = ∫ ∫ - ∞ ∞ p ( x , y , z 1 ) e - j ( k x x + k y y ) dxdy - - - ( 1 ) P ( k x , k y , z 2 ) = ∫ ∫ - ∞ ∞ p ( x , y , z 2 ) e - j ( k x x + k y y ) dxdy - - - ( 2 ) P ( k x , k y , z 3 ) = ∫ ∫ - ∞ ∞ p ( x , y , z 3 ) e - j ( k x x + k y y ) dxdy - - - ( 3 ) 步骤三：z1、z2面上的各平面波分量又可以用被测样品平面上的不同频率入射波和反射波平面分量表示：P(kx,ky,z1)=Pi(kx,ky,0)exp(jkzz1)+Pr(kx,ky,0)exp(‑jkzz1)   （4）P(kx,ky,z2)=Pi(kx,ky,0)exp(jkzz2)+Pr(kx,ky,0)exp(‑jkzz2)   （5）通过式（4）和（5），可以分离出z=0面上入射平面波： P i ( k x , k y , 0 ) = P ( k x , k y , z 1 ) exp ( - j k z z 2 ) - P ( k x , k y , z 2 ) exp ( - j k z z 1 ) exp ( j k z z 1 - j k z z 2 ) - exp ( j k z z 2 - j k z z 1 ) - - - ( 6 ) 步骤三：根据平面波传播原理，z=z3面上无样品时入射平面波为：Pi(kx,ky,z3)=Pi(kx,ky,0)exp(‑jkzz3)       （7）z=z3面上有样品时入射平面波为：Pt(kx,ky,z3)=P(kx,ky,z3)       （8）步骤四：由式（9）可以计算得到声波任意入射方向的声压透射系数： t p ( k x , k y ) = P t ( k x , k y , z 3 ) P i ( k x , k y , z 3 ) = P ( k x , k y , z 3 ) · ( exp ( j k z z 1 - j k z z 2 ) - exp ( j k z z 2 - j k z z 1 ) ) P ( k x , k y , z 1 ) exp ( - j k z z 2 - j k z z 3 ) - P ( k x , k y , z 2 ) exp ( - j k z z 1 - j k z z 3 ) - - - ( 9 ) 入射波的入射角度由下式确定： θ = sin - 1 [ ( k x 2 + k y 2 ) 1 / 2 / k 0 ] - - - ( 10 ) 式中 k 0 = k x 2 + k y 2 + k z 2 = 2 πf / c , f为声波频率。