[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

摘要

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。

主权项

1.一种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，其特征是：(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i＝1,2,3，要求相位差的扫描步长不大于π/8；(d)在x＝R处，使水听器接收到的角频率为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；(f)首先大步长ω₁/(4c_水)粗扫描获得产生角频率为ω₁的声波声压级变化量大的敏感距离区域，进一步在该区域中进行细致扫描，步长为ω₁/(20)c_水，最终确定能产生稳定的声压级变化量大于30dB的收到距离R₁；(g)保持三列声波发射频率和初始幅度不变，将纯水介质的声速c_水、密度ρ_水和水介质的非线性系数β_水代入三波耦合非线性互作用方程，计算在该参数下，产生角频率为ω₁的声波的声压级变化量大于30dB的收发距离，记录为R₂；(h)保持三列声波发射频率和初始幅度不变，将纯水介质的声速c_水、密度ρ_水分别替换为非均匀混合介质样品的声速c_混、密度ρ_混，三波耦合非线性互作用方程中的非线性系数仍设定为水中的非线性系数值，代入三波耦合非线性互作用方程，计算在该参数下，产生角频率为ω₁的声波的声压级变化量大于30dB的收发距离，记录为R₃；(i)计算得到修正系数γ＝R₂/R₁，用于修正测试结果和模型计算之间的误差；(j)根据非线性系数与角频率为ω₁的声波声压级变化量大于30dB的收发距离参数之间满足线性关系，计算得到该非均匀混合介质的非线性系数为