基于超声波的次声波产生方法

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1、第29卷第6期四川兵工学报2008年12月【理论与探索】基于超声波的次声波产生方法张江华，谭乃银，何焰蓝(国防科学技术大学光电科学与工程学院，长沙410073)摘要：次声波的产生方法有很多种，通过对比分析，论证基于超声的次声产生方法的优越性，并通过计算机仿真和实验验证了该方法的可行性．关键词：次声武器；次声源；超声波；拍频中图分类号：0425+．1文献标识码：A文章编号：1006一o7o7(2oo8)o6—0136—03次声波是频率低于2oHz的不能引起听觉的声波．由则(，t)=2Acos(wt一)cos(一)(2)于次声波的频率与人体主要器

2、官的固有频率十分接近，因这是以频率为oJf，振幅为2Acos(co,t一)随时间变换而很容易引发其产生共振，轻则使人惶恐不安，神经错乱，缓慢的近似简谐波(>>)，对于任意质元，其振动随时重则可使人的内部器官不同程度地受到破坏和损伤，甚至间做频率为wf迅速振动，同时随时问做频率为的相对死亡．次声武器就是利用这一原理对人体产生影响和杀伤很缓慢的周期变化形成“拍”，差频部分即在次声范围内．作用的．这种武器除了能对地面战斗人员直接产生大范围毁伤外，还容易穿透防护坚固的工事，深入地下深层而对敌兵员产生杀伤作用．次声武器由于具有隐蔽性强、传播2实验框架速

3、度快、传播距离远、穿透力强、不污染环境和不破坏设施等特点，成为世界各国军方争相研制的非致命武器，并将实验框架如图1所示成为未来战争中非常重要的新概念武器．其良好的应用前景，受到了各国广泛的关注1J．次声武器一般由次声发生器、动力装置和控制系统组成．但是次声波的产生和聚焦问题一直限制着次声波技术的发展．1次声波合成原理假设2列声波的频翠分别1和2，且沿相同方向图1实验框架传播，在相同的介质中波速均为．则这2列波可表示为：1(，t)=AlCOS(1t—k1)3Matlab仿真与实验对比2(z，t)：AzcOS(~o2t—k2)其中=，=，分别为2

4、列波的波数．为了简便取在1)原理演示．设在t=0时刻^：350Hz，，2=330Hz，=0处点位相同．2列波的合成波为取：0处．假设每束波振幅均为10mV．其设计程序为：(，)=1(，f)+2(，)=2Acos(f—X=0：0．0000001：0．2：Tkl+kzos(tY=10*cos(700pi*x)+10*cos(660pi*x)；一)(1)plot(X，Y)；令==，：=fide(图2)；xlabel(t／s)’’仿真所得图形如图2．收稿日期：2008—08—07作者简介：张江华(1987一)，男，河南周口人，硕士研究生，主要从事光电

5、武器研究张江华，等：基于超声波的次声波产生方法l3720y=10*c08(45440pi*t)+10*cos(45420pi*t)；15plot(t，Y)；lOtide(图5)；5xlabel(t／s)>0图5为理论图．。5·lO-15．2Ot／s图2Matlab仿真2)在实际实验中取基准波频率为A=22720Hz．①首先取f2：22700Hz．程序为：0O02004006O08010120I4016018O2t／st=0：0．000001：0．3；Y=10*cos(45440pi*t)+10*cos(45400pi*t)；图5理论图形plo

6、t(t，Y)；2>gJ图6为实验所得图形．O505O5O5Otitle(图3)；xlabel(t／s)●图3为理论图形．20■■■L。■■-15L10■■r1．'■■--r1一．5名0·5．10-l5图6实验所得图形．2000O50l0l50202503035在误差允许范围内测得其频率为10Hz．f／S图7和图8分别为l5Hz和5

7、lz时的实际波形．图3理论图形实验结果与理论吻合得很好．图4为实验所得图形．呈像不理想的原因是存在噪声干扰，如人的声音和轻微振动等都使得图像边际出现毛刺．毛刺的频率比次声波大很多倍，从侧面证明该波就是次声波．▲■．

8、．▲■-L-1'一—r1'■r1'一—，r''-■-▲▲▲▲．_r1I．图4实验所得图形图中每小格是25Ins测得其频率为20Hz．②在基准频率不变的情况下令f2=22710Hz图7频率为15Hz时的波形程序为：t=0：0．0(KIll：0．2；l38四川兵工学报+4转换效率■■超声波转换为次声波的能量转换率，见表1．．All和，2分别为2列超声波频率，1和2分别为2列1-—■-r1啊—■-r

9、超声波振幅，为超声波频差，为合成波振幅，能量转换效率刁为超声波转换为次声波的能量转换率．可知转换效率在70％左右．图8频率为5Hz时的波形表1超声波转

10、换为次声波的能量转换率5结束语参考文献：基于超声波的次声波产生方案，作为次声武器系统的[1]王秉义．无声杀手：次声波和次声武器[J]．轻兵器，声源具有结构简单，便于