水声学原理3.ppt

第二章第二章 声学基础声学基础第四讲第四讲 声波的辐射和接收声波的辐射和接收本讲主要内容n等间距均匀点源离散直线阵的声辐射（了解）等间距均匀点源离散直线阵的声辐射（了解）n均匀连续直线阵的声辐射均匀连续直线阵的声辐射（了解）（了解）n无限大障板上平面辐射器的声辐射无限大障板上平面辐射器的声辐射（了解）（了解）n声波的接收方向特性声波的接收方向特性（了解）（了解）2College of Underwater Acoustic Engineering1、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射 n辐射声压辐射声压 在远场，总声压为：当 （垂直 轴方向）时，各点源同相叠加，合成声压最大：3College of Underwater Acoustic Engineering声场的方向性函数：声场的方向性函数：n方向性图方向性图(1)当 时，声压振幅出现极大值极大值1，对应极大值的方向：4College of Underwater Acoustic Engineering其中，对应的方向为主极大值方向（主瓣主瓣）；对应的方向为第一副极大值方向（栅瓣栅瓣），依此类推。注意注意：不出现副极大值的条件(2)当 时，声压振幅出现次极次极 大值大值（旁瓣旁瓣），对应次极大值的方向：各次极大声压与主极大声压比值为：（由该值可得到主旁瓣比该值可得到主旁瓣比）5College of Underwater Acoustic Engineering主旁瓣比主旁瓣比：主极大与第一次极大（也是次极大中最大的）比值的分贝数（3）当 、的整数倍时，声压振幅出现极小值（各点源的声场抵消，总声压为零），对应极小值的方向：方向锐角或主瓣束宽（全开角）方向锐角或主瓣束宽（全开角）：主极大值两旁第一个极小值之间的夹角。6College of Underwater Acoustic Engineering常识常识：阵孔径（nd）越大，频率越高，波数宽度越窄。-3dB束宽束宽：由主极大的幅值下降0.707倍处两边的夹角或半功率辐射点之间的夹角。注意注意：利用正弦函数的级数展开，求得上式。取：解得：解得：7College of Underwater Acoustic Engineeringn方向性因子和方向性指数方向性因子和方向性指数发射方向性因子发射方向性因子：在远场发射阵最大响应方向上声强与同一距离处各方向声强平均值之比。发射指向性指数发射指向性指数：发射阵的方向性因子的分贝数。8College of Underwater Acoustic Engineering2、均匀连续直线阵的声辐射、均匀连续直线阵的声辐射 n辐射声压方向性图辐射声压方向性图令 ，则阵长为的均匀连续直线阵的方向性函数为：主瓣束宽和主瓣束宽和-3dB束宽束宽：9College of Underwater Acoustic Engineering注意注意：连续直线阵永远不会出现栅瓣。方向性因子：方向性因子：和方向性函数：和方向性函数：10College of Underwater Acoustic Engineering3、无限大障板上平面辐射器的声辐射、无限大障板上平面辐射器的声辐射 n平面圆形活塞的辐射平面圆形活塞的辐射 设半径为a的圆形平面活塞镶嵌在无限大障板上，如图所示。活塞位于XOY平面内，向上半空间辐射声波，声场对称于z轴。活塞表面各点的振幅和相位相同，则 11College of Underwater Acoustic Engineeringq轴线上声压变化轴线上声压变化注意注意：轴线声压随距离起伏变化，呈现很强的相干效应。q远场声压远场声压 注意注意：活塞远场声压与球面波一样与距离成反比，声场具有方向性。轴线声压轴线声压12College of Underwater Acoustic Engineeringn方向性函数方向性函数q活塞辐射声场的方向性函数为：注意注意：圆形活塞不会出现栅瓣。n波束宽度波束宽度 13College of Underwater Acoustic Engineeringn方向性因子和方向性指数方向性因子和方向性指数 14College of Underwater Acoustic Engineering4、声波的接收方向特性、声波的接收方向特性 n接收方向性函数接收方向性函数q定义定义：设离接收系统参考中心的远场处球面上有一点源，接收系统的输出电压V与接收中心的方位有关，则接收系统方向性函数为：式中，为参考方位上的输出电压，一般选取输出电压最大值。注意注意：远场条件：根据互易原理，可逆换能器的接收方向性函数与它的发射根据互易原理，可逆换能器的接收方向性函数与它的发射方向性函数相同。方向性函数相同。15College of Underwater Acoustic Engineeringn接收方向性指数接收方向性指数接收方向性因子接收方向性因子：接收方向性指数接收方向性指数：注意注意：同一可逆换能器，其接收指向性指数和发射指向性指数相同。16College of Underwater Acoustic Engineering