水下声信号激发表面波衰减系数测量.pdf

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1、第15卷第2O期2015年7月科学技术与工程V0I．15No．20Ju1．20151671—1815(2015)20—0189—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2015Sci．Tech．Engrg．物理学水下声信号激发表面波衰减系数测量王玉明苗润才，董军(西安航空学院理学院，西安7l0077；陕西师范大学物理学与信息技术学院，西安710062西安航空学院电气学院，西安710077；西安邮电大学电子工程学院，西安710121)摘要建立了一个简单，可行的光学系统用于探测低频水下声信

2、号。激光斜射到有表面波存在水面时，观察到了清晰、稳定的衍射图样，发现衍射图样具有明显的非对称性；且这种非对称性具有普遍的适用性。理论上得到了衍射光场光强分布的解析表达式。结果表明，衍射图样的非对称性与液体表面波的衰减系数有关。根据提出的方法可实现液体表面波衰减系数的便捷测量；且结果是很准确的。关键词水面衍射图样非对称性衰减系数中图法分类号0436．I；文献标志码A激光自20世纪60年代问世以来，一直都受到的衰减系数。采用这种方法来测量液体表面波的衰人们的广泛重视¨。声光效应作为很重要的物理减系数分析过程十分繁琐。

3、基于这一问题，通过本现象，常被用于表面声(SAW)性质的研究一。本文所得到的衍射光场光强的解析表达式，要测量某研究组对低频液体表面波的特性已经进行了深入、一频率表面波衰减系数，只需拍摄1张衍射图样就系统的研究；且取得了一系列的研究成果。以可以很便捷的测出表面波的衰减系数，且结果是很上研究表面波都是在液体表面激法产生，目前为止准确的。对于水下声源激发表面波的研究还很少见。对于水下声信号激发液体表面波的研究大多采用的是光．1实验装置电法或者是激光遥感法14,15]，还很少有人用光学的实验装置如图1所示，包括：水槽、信

4、号源、光方法研究水下声场。本文利用声光效应建立了一种源、探测系统以及数据存储预与处理系统。样品池简单、可行用于探测水下声场的光学探测系统。当是一个有机玻璃水槽，里面盛有水。声信号系统包激光束斜入射到有表面波存在的液面时，在光屏上括低频信号发声器、功率放大器以及水下扬声器。观察到了清晰、稳定的衍射图样。发现衍射图样的液体表面距水下扬声器的距离为6．0cm，信号发声分布与其它衍射图样有所不同，即衍射图样的分布器产生的低频声信号被功率放大器放大后传到水表有明显的非对称性；且这种非对称性有普遍的适用面，在水面上形成了表面

5、声波。光源为He．Ne激光性。对衍射图样非对称性的已有分析是基于光栅衍器，波长为632．8fin，光束直径约为2．3mm。激光射程，分析过程比较繁琐。本文在考虑表面波的衰束斜入射到水表面在水面形成一个椭圆光斑，且表减后得到了衍射光场光强的解析表达式，使得衍射面波沿着椭圆光斑的长轴方向传播。其中，激光束光场的非对称分析更加的便捷。结果表明，衍射图的入射角为1．54rads，椭圆光斑的短轴长2．3Thin，样的非对称性与液体表面波的衰减系数有关。只要长轴长66．61Tim。实验中光屏到入射点的距离约为能测出衍射图样光

6、斑到中央光斑的距离，就可以测5ITI，CCD作为探测系统用来采集图样，采集到的数量出表面波的衰减系数。在以往测量液体表面波衰据直接输人到计算机，用计算机来存储与处理图样。减系数时¨，需要改变水下声信号的位置来实现对不同位置处表面波振幅的测量。在测量某一频率的2实验及结果衰减系数时需要拍摄6幅的衍射图样，得到不同位实验装置如图1所示，为了得到稳定、清晰的衍置处的表面波振幅，从而进一步的得到液体表面波射图样实验前必须先调节激光束的入射角。实验时2014年12月31日收到直接用CCD对衍射图样进行成像，调节CCD与观第

7、一作者简介：王玉明，男。硕士。E—mall：wangyumingX@126．c0m。察屏的距离以及CCD的焦距。当通过CCD观察到的衍射图样达到理想状态时，开始对衍射图样拍照科学技术与工程15卷为衍射图样光斑缴次；“为相位延迟峰峰值，将激光入射到液体表面的椭圆光斑近似为矩形，其中椭圆光斑的长轴，短轴分别是矩形的长边l，短边l。。，Y是激光入射到液体表面波上的位置坐标，反射光沿着光栅的光场分布等于厂(，Y)，即u(x。，Y)=，Y。)。在考虑平移定理与卷积定理的情况下对式(1)进行傅里叶变换有：rt(，y)}：F{

8、t，)}=zz{(号)×水下声源sincl(Sx一+)】sinc(f)+减振矗(号)sjnc()sim()+(号)×装置sinc[1一n+)】si眦())(2)图1实验装置当激光束斜入射时，液体表面相当于位相型光Fig．1Theschematicdiagramofexperimentalsetup栅，发生的是光栅衍射，夫琅禾费衍射条件是成立成像，并用计算机记录相应的衍射图