[发明专利]基于三波耦合互作用非均匀混合介质非线性系数测量方法

说明书

本发明提供的是一种基于三波耦合互作用原理的非均匀混合介质非线性系数测量方法。通过分步向非均匀混合介质和水介质中发射三列满足耦合工作互作用条件的声波，对比混合介质与纯水介质中声波发生明显声压级变化的观测距离量，并经过模型和测试结果修正，间接获得混合介质的非线性系数测量结果。该方法不依赖于声波相位和声压等参数的测量精度，可有效提高非线性系统的实验测量精度，测试方法适用于实验水箱条件，且测试步骤简单，测量精度高，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种非均匀混合介质非线性系数测量方法。

背景技术

水声学的发展对于国家国民生产建设具有重要的意义，研究水下声场中的非线性问题得到越来越多的重视和关注。在水声领域里非线性声学理论被应用于深海水文测量、海底地质调查、声纳技术等方面。而如何测量介质的非线性系数是获得非线性声学效应敏感因素，并有针对性利用非线性效应或增强非线性效应的重要一环。目前，测量介质非线性系数的主流方法有以下几种方法：热力学方法、相位比较法、有限振幅声波法和参量阵方法等。下表所示是以上几种方法的主要缺点。

表1非线性系数测量方法优缺点比较

其中，参量阵法是通过两列声波发生非线性相互作用产生高指向性的差频波(Parametric acoustic array:Theory,advancement,and applications.APPLIEDACOUSTICS.2012：73(12),1209-1210)来对介质非线性系数进行测量，但该方法严重依赖声压幅度测试精度。综合对比结果可知，非线性系数测量需要确定和测量的相关参数种类多样且十分复杂，对相位和声压的测量要求较高，实际操作步骤较为复杂，难以可靠保证测量精度，无法满足对复杂的非均匀混合介质进行非线性系数的测量要求。申请号为201310469627.7的专利文件中，公开了一种三列声波非线性相互作用下声能量转换的相位控制方法，利用三波耦合互作用原理可实现水下声能量的有效转化，但如何利用该原理实现对水下复杂混合介质非线性系数的测量则未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步骤简单，测量精度高，具有较高的应用价值的基于三波耦合互作用非均匀混合介质非线性系数测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

(a)在水箱内，将组合发射换能器放置于非均匀混合介质样品的一侧，位置为x＝0，在样品另一侧放置接收水听器，位置为x＝R，收发距离R与非均匀混合介质样品长度相当，组合发射换能器和水听器等深度H布放于水箱中；

(b)在位置x＝0处，放置组合发射换能器，共点同向向混合介质中发射三列声波，三列声波的角频率满足三波耦合共振关系ω₁+ω₂＝ω₃，ω₁<ω₂<ω₃，水听器沿轴向接收所述三列声波传播至接收位置处的声压；

(c)调整三列声波的发射角频率ω_i、幅度B_i(x)和相位差要求相位差的扫描步长不大于π/8；

(d)在x＝R处，使水听器接收到三列声波中角频率为ω₁的声波的声压级变化量E₁(R)大于30dB，记录在非均匀混合介质样品测试条件下的三列声波发射频率和初始幅度B_i(0)；

(e)将非均匀混合介质样品移出水箱，在纯水介质中，仍保证三列声波发射频率和初始幅度保持不变，在轴向方向上移动接收水听器的位置，并改变三列声波发射相位差；