[发明专利]中高频下粘弹性材料声学参数测量方法

摘要

本发明涉及一种中高频下粘弹性材料声学参数测量方法，该方法的主要内容是将粘弹性球体的散射场声压模函数进行勒让德展开，将实验中获取的勒让德展开系数与理论公式推导的含有自变量的勒让德系数表达式进行比较，建立联立方程组，利用优化算法求解适合于方程组的解，即所测材料的声学参数。此方法避免了声压相位的测量只需知道散射场的声压幅值。该方法可以同时给出材料的横纵波参数，无需分别测量各参数。给出较精确的误差校正模型，以提高参数测量的精度，尤其适用于常规方法较难实现的中高频下的粘弹性材料声学参数测量，并具有较宽的频带范围。

主权项

1.一种中高频下粘弹性材料声学参数测量方法，其特征在于该方法包括如下内容：第一步：建立粘弹性球体散射场模型，通过推导粘弹性球的散射场声压的计算公式获得其模的勒让德展开系数表达式：Dm(X→)=2m+12∫-11|ps(θ)|Pm(cosθ)d(cosθ)]]>=2m+12∫-11|Σm=0∞Cnhn(2)(k3r)Pn(cosθ)|Pm(cosθ)d(cosθ)---(4)]]>其中，C_n为散射场声压系数，C_n中含有材料参数信息ρ₁，c₁，c₂，α₁，α₂，c₁为纵波声速，c₂为横波声速，α₁为纵波衰减系数，α₂为横波衰减系数，k3=ωc3]]>为无限空间介质的波数，ω为角速度，r为球心到达接收点的距离，θ为方位角，j_n(·)和h_n⁽²⁾(·)均为球贝塞尔函数，P_n(·)为勒让德函数；第二步：通过水池实验测量散射场声压p_s＇，获取其模的勒让德系数D_m＇表达式：Dm′=2m+12∫-11|ps′(θ)|Pm(cosθ)d(cosθ)---(6)]]>第三步：建立测量方法的数学模型并求解获取材料的声学参数为：比较实验中获取的勒让德展开系数D_m＇与理论公式推导的含有自变量的勒让德系数的表达式，应有|Dm(X→)-Dm′|=0---(7)]]>这样在m＝0，1，2，3，4，5……时可以列出若干方程组成的方程组，其待求变量为所测材料的声学参数X→=c1,c2,α1,α2,]]>材料声学参数测量的数学模型即是由(7)式构成的方程组；第四步：通过建立实验误差校准模型，推导散射场声压修正公式以提高参数测量精度如下：假设目标球位置O′偏离原水平面位置O的垂直深度为Δh₁，声源S′的偏离深度为Δh₂，声源S′与目标位置O′的水平距离误差为ΔR₀，水听器R与目标位置O′的水平误差为Δr，OO′＝Δh₁，SS′＝Δh₂，OR＝r+Δr，OS＝R₀+ΔR₀RS＝d，RS′＝d₁，S′O′＝r₀，O′R＝r′，则有：r′=Δh12+(r+Δr)2---(9)]]>θ′=arccos[Δh12-Δh1Δh2-(R0+ΔR0)(r+Δr)cosθr′r0],θ∈[0,180]---(10)]]>将散射场声压由原来的p_s(r，θ)修正为p_s(r′，θ′)，将(9)式和(10)式代入散射场声压公式中，可得修正后的散射场声压p_s(r′，θ′)的表达式：ps(r′,θ′)=Σn=0∞Cnhn(2)(k3r′)Pn(cosθ′)---(11)]]>反演变量变为X→=c1c2α1α2Δh1Δh2ΔrΔR0T,]]>利用(11)式最终得到的材料参数就是当目标存在Δh₁，Δh₂，Δr，ΔR₀时的测量结果。