專利名稱：聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲場信號與信息處理技術(shù)，特別涉及一種無需考慮邊界反射影 響的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量方法。
背景技術(shù)：
1.聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中的傳播
聲波從一介質(zhì)傳播到另一介質(zhì)時，由于在不同介質(zhì)中的聲速與密度的不同，聲波 會在介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生反射和折射。在介質(zhì)內(nèi)一定距離的有限區(qū)域中，聲波由一 點傳播至另一點，定義第一點為發(fā)射點，第二點為接收點。由發(fā)射點發(fā)出的聲波直 接到達(dá)接收點的稱之為直達(dá)波。聲波到達(dá)介質(zhì)分界面的波稱之為入射波，被介質(zhì)分 界面反射回來的稱之為反射波，透射到另一介質(zhì)內(nèi)部的稱之為折射波，又叫透射波。
由聲傳播理論可知，介質(zhì)的特性阻抗對波的反射影響很大，兩介質(zhì)的波阻抗值相 差愈大，其反射系數(shù)也愈大，反射波很強，反射能量很大；反之，兩介質(zhì)波阻抗值 愈接近，反射系數(shù)愈小，反射波很弱，入射聲能大部分透入第二介質(zhì)中。
通俗地說，就是聲波由聲學(xué)性質(zhì)為"軟"的介質(zhì)入射到"硬"的介質(zhì)或由聲學(xué)性 質(zhì)為"硬"的介質(zhì)入射到"軟"的介質(zhì)時，在兩介質(zhì)的分界面上幾乎發(fā)生全反射。
比如，空氣對于水來說如同自由邊界，聲波由水中透過分界面進(jìn)入空氣中的能量 是微乎其微的。
假設(shè)有某介質(zhì)的有限區(qū)域為矩形六面體，且該介質(zhì)與相接觸的另一介質(zhì)的特性 阻抗相差很大，如圖l所示
設(shè)A為發(fā)射點，B為接收點，它們處于介質(zhì)中某位置。在不考慮介質(zhì)六個界面的 二次反射時，接收點B可以在發(fā)射點A發(fā)出聲信號以后接收來自7個不同聲程的聲 信號。
它們分別是①直達(dá)聲，聲程為d;②介質(zhì)表面反射聲，來自6個面的反射聲的
聲程為4~《，它們分別表示自上下表面，前后左右壁面的反射波聲程。
對于有限六面體區(qū)域中，音頻范圍內(nèi)聲波在介質(zhì)中的混響時間比較長。也就是說， 在第一個脈沖聲信號結(jié)束后，介質(zhì)中將存在著各個面的一次反射或多次反射聲信號，它們的存在將與后一個脈沖疊加在一起。先前發(fā)射的聲信號的混響將干擾下一個脈 沖聲信號的直達(dá)脈沖的讀取。在這種情況下雖然可以降低脈沖的重復(fù)頻率，使所有 的反射信號在聲脈沖的間隔時間內(nèi)貢獻(xiàn)足夠小，但這里存在一個信號分離的頻率下 限和受到信號處理系統(tǒng)中脈沖記錄設(shè)備的限制。另外的辦法是增大介質(zhì)的六面體尺 寸，以距離衰減來消除混響的影響或使介質(zhì)內(nèi)局部消聲，減弱介質(zhì)內(nèi)界面的反射。 所謂局部消聲，就是在介質(zhì)界面的局部位置鋪設(shè)消聲器消除或減弱界面的反射聲信 號，使混響信號迅速消失。這樣，脈沖的重復(fù)頻率可以提高，能使脈沖聲信號的采 集和處理設(shè)備保持平穩(wěn)。所謂全消聲，是指在介質(zhì)的所有邊界界面上全部鋪設(shè)消聲 器，使得介質(zhì)的各個界面對入射聲沒有反射。無疑，這相當(dāng)于介質(zhì)邊界的無限延伸， 在這種具有無限邊界的介質(zhì)中可以獲得理想的自由聲場。
但在實際中，完全理想化的消聲器是不存在的，或者說鋪設(shè)有消聲器的介質(zhì)不可 能做到完全消聲。因為現(xiàn)在的消聲器不能吸收全部入射聲能，大多數(shù)消聲器只是部 分的有效，特別是在低頻段上，對單次反射只能部分衰減而不能完全消除，所以即 使邊界都鋪設(shè)消聲器的介質(zhì)空間也不能完全模擬無限遠(yuǎn)邊界的聲場條件。實際應(yīng)用 的全消聲介質(zhì)中的連續(xù)波聲場也是有起伏的，特別是在邊界附近，低頻比高頻的駐 波比更大。
2.測量中干擾的識別和排除方法
在實際的信號處理中，干擾主要來自兩個途徑其一是聲或振動的干擾，其二 是電或電磁的干擾。
這兩方面的主要干擾源又可分成以下四類
(1) 周圍環(huán)境的機、電無規(guī)噪聲
包括來自附近一些機電設(shè)備的無規(guī)噪聲、振動和干擾；來自船舶、車輛等交通 運輸設(shè)備的噪聲和振動；來自介質(zhì)中生物的噪聲和介質(zhì)流動的噪聲等。這些噪聲的 特點是，在時間上是無規(guī)的，在頻率、幅度和相位上也是無規(guī)的。由于這類干擾噪 聲和被測信號不會發(fā)生干涉，因此容易識別。甚至在未發(fā)射測量信號之前，就可在 接收系統(tǒng)觀察到它的存在與否。
(2) 有規(guī)的聲、電信號源
主要是電源基波及其諧波信號，這類干擾信號一般通過靜電場和電磁場對測量信 號產(chǎn)生干擾。具體來說，電網(wǎng)運行不平衡，測量儀器太靠近穩(wěn)壓電源等電源設(shè)備， 電纜和導(dǎo)線屏蔽不良，測量系統(tǒng)接地不正確或接收傳感器使用不當(dāng)?shù)龋伎赡墚a(chǎn)生 這類干擾。這種干擾在測量中最為常見，嚴(yán)重時比信號還大，可使測量無法正常進(jìn) 行。介質(zhì)中其他聲學(xué)試驗發(fā)出的聲信號和介質(zhì)中固定設(shè)備運行產(chǎn)生的周期性聲信號，
也可能成為有規(guī)的干擾信號。進(jìn)行高頻測量時，可能還會受到附近無線電臺發(fā)出的電磁波的干擾。這些千擾信號的共同特點是具有一定的頻率，因此識別比較容易， 有時通過示波器顯示波形就可一目了然。
(3) 與信號同頻率的聲、電干擾
這類千擾主要包括電干擾信號和聲干擾信號兩種。電千擾信號來自測量信號的發(fā) 射系統(tǒng)，與被測信號具有相同頻率。此種千擾主要是由于接收系統(tǒng)或發(fā)射系統(tǒng)接地 不正確所引起的，也可能是由于接收系統(tǒng)(尤其是前置放大器的輸入端)對發(fā)射系 統(tǒng)中功率放大器的電磁場屏蔽不良所引起的。這種由發(fā)射系統(tǒng)串入接收系統(tǒng)的電干
擾有時簡稱"串漏"。同頻率聲干擾主要是測量介質(zhì)邊界和介質(zhì)中障礙物的反射聲， 有時還可能是接收和發(fā)射傳感器之間的反射聲。
對此類同頻率的干擾信號，分離比較困難，由于與信號頻率相同，用通常的濾波 或頻率分析方法也無法消除，因此對測量影響比較大，必須認(rèn)真對待。通常，識別 并消除此類干擾的最有效方法是采用脈沖測量技術(shù)。用脈沖信號測量時，可用示波 器顯示接收傳感器的開路電壓信號，根據(jù)顯示波形的時間序列可將有用的直達(dá)聲脈 沖與電串漏干擾脈沖和反射干擾聲脈沖區(qū)分開來。但當(dāng)必須用正弦連續(xù)信號或長脈 沖信號測量時，將不可能從時間上直觀的識別出干擾信號。這時可以根據(jù)同頻率信 號相干涉的原理，通過掃頻測量來識別千擾。
(4) 介質(zhì)中包含有其它介質(zhì)發(fā)生諧振的干擾
典型的如水中包含有氣泡發(fā)生諧振的干擾。這里所指的氣泡除了水中自由漂流或 粘附在水表面的球形氣泡外，還包括洞穴、裂縫、溝槽、機械零部件等處的少量氣 體。這些氣泡在聲場中受到聲壓的作用，當(dāng)聲壓的頻率達(dá)到它的諧振頻率時，氣泡 就強烈震蕩起來，氣泡的振蕩又在相當(dāng)大的范圍內(nèi)影響到測量聲場。氣泡的諧振頻 率反比于氣泡半徑。氣泡的二次輻射對水中聲壓的影響主要是在其諧振頻率附近。 因此，測量頻率遠(yuǎn)離氣泡諧振頻率時就不會受到它的影響。但在較寬頻率范圍內(nèi)測 量傳感器的頻率響應(yīng)是，有可能會受到它的影響。
測量中有效排除干擾的方法
如前所述，測量中可能遇到的干擾是多種多樣的，對不同類型的干擾應(yīng)該用不同 的辦法排除。但在實際情況下，并不是所有的干擾都能夠排除。例如，有時會遇到 兩個以上不同類型的干擾，這時需要通過分析，選擇一種折中的排除方案；有時不 得不考慮創(chuàng)造更好的測量條件和建立另外的測量方法，以求從根本上解決某些干擾 問題。
在測量中通常使用的有效排除相應(yīng)干擾的的方法有如下幾種
(1)正確選用測量傳感器、正確構(gòu)造測量系統(tǒng)和正確處理測量連接線這是減小或排除電源頻率及其諧波干擾和電串漏干擾的有效方法。通常應(yīng)選擇 靈敏度高、阻抗低、絕緣電阻高、電纜不太長的傳感器。傳感器電纜應(yīng)良好屏蔽， 其負(fù)極不要直接接地。接收系統(tǒng)和輸入連線應(yīng)有良好屏蔽。如電源和發(fā)射系統(tǒng)的功 率放大器有較強的電磁輻射，接收系統(tǒng)和連接線應(yīng)遠(yuǎn)離它們。系統(tǒng)應(yīng)有良好的接地， 并避免多點接地。
(2) 選用合適的濾波器
接收系統(tǒng)選用合適類型的濾波器可有效隔離電源頻率干擾和周圍無規(guī)噪聲的干 擾以及有規(guī)振動聲源的干擾。
(3) 采用脈沖聲測量技術(shù)
這是排除電串漏干擾、反射聲干擾和換能器之間反射千擾的最有效的方法。
(4) 消除氣泡
消除氣泡的方法和措施包括在傳感器放入介質(zhì)之前用洗滌劑徹底清洗它的表 面；在放入介質(zhì)后讓傳感器浸泡一定時間，使其各部分的溫度達(dá)到平衡；合理設(shè)計 傳感器結(jié)構(gòu)和吊裝夾具，使它們能容易排出空氣；嚴(yán)格控制介質(zhì)純凈度、介質(zhì)中的 生物和有機物，使其不產(chǎn)生氣泡。
(5) 鋪設(shè)消聲構(gòu)件
在測量介質(zhì)的四壁和上下表面鋪設(shè)消聲構(gòu)件，可在一定頻率范圍內(nèi)減小或排除界 面的反射聲千擾。
(6) 采用指向性的傳感器
無論是在何種形式的介質(zhì)中測量，采用指向性傳感器作為測量聲源或接收傳感器 都是常用的和比較有效的減少或排除界面反射聲干擾的方法。
(7) 正確布置傳感器
根據(jù)介質(zhì)區(qū)域的幾何形狀和測量內(nèi)容正確布置傳感器可使反射聲的影響減至最
綜合以上1和2兩點，描述了當(dāng)前在介質(zhì)中有限區(qū)域聲場內(nèi)所已知的各種干擾 和排除方法。對于同頻率聲干擾的問題，目前識別并消除此類干擾的最有效方法是 采用脈沖測量技術(shù)。此種技術(shù)要求根據(jù)顯示波形的時間序列可將有用的直達(dá)聲脈沖 與電串漏干擾脈沖和反射干擾聲脈沖區(qū)分開來，這就需要有合適時間長度的脈沖信
號。而由于聲速一定的情況下，對于不同頻率的聲波，波長是不同的。根據(jù)u-;i/， 頻率越低的聲波波長越長，所需要的脈沖信號在時間上也就越長，所以要求聲波傳播的距離越長。因此，要想?yún)^(qū)分直達(dá)聲脈沖和反射干擾聲脈沖對介質(zhì)的有限區(qū)域的 尺度要求要很大。比如，有限區(qū)域介質(zhì)是水，水中聲速為1500米/秒，對于頻率lkHz 的聲波，波長為1.5米。要得到傳感器發(fā)出穩(wěn)定的脈沖波，至少需要5、 6個波長， 為了區(qū)分直達(dá)波和反射波，就需要幾十米的距離。隨著頻率的降低，所需要有限區(qū) 域的尺度會成比例的越來越大。然而，對于實際中所能提供的能夠滿足上述要求的 介質(zhì)的有限區(qū)域不可能無限制的擴大，從技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是很難實現(xiàn)的。所以，通 過使用脈沖測量技術(shù)消除同頻率聲干擾，隨著頻率的不斷降低，它的可行性和有效 性將逐漸降低到最終失效。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種無需考慮 邊界反射影響的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的測量方法，具體地說，提供一種聲波 在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量方法。該方法可在聲波的低頻率段 實現(xiàn)混響聲場中完全將直達(dá)波與反射波分離，以便于在此基礎(chǔ)上的信號處理。
本發(fā)明的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量方法，所述有限
區(qū)域呈多面體形狀，該方法包括如下步驟
1)首先，在介質(zhì)的有限區(qū)域中布放發(fā)射點和接收點，并固定兩點之間的距離， 當(dāng)發(fā)射點產(chǎn)生出一定脈寬的連續(xù)脈沖波，接收點在介質(zhì)有限區(qū)域形成穩(wěn)定的聲場后， 開始采集由發(fā)射點發(fā)出的信號，接收點的平均聲壓尸為
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其中，p。為直達(dá)波，c/為直達(dá)聲程，《為各反射聲程，《為各反射面的聲反射系
數(shù)，《是通過第i個反射面到達(dá)接收點的第s個反射波的聲程，《表示經(jīng)第i反射 面反射的第s個反射波所經(jīng)歷的各次反射時各反射面的反射系數(shù)乘積；
2) 然后，在介質(zhì)的有限區(qū)域內(nèi)重新布放發(fā)射點和接收點，仍然保持發(fā)射點和接 收點相對距離不變，重復(fù)上一步的操作，如此反復(fù)M次，接收點采集到M個信號波；
3) 最后，將接收點采集到的M個信號進(jìn)行同步，然后將M個位置的接收點接收 平均聲壓疊加，可以得到
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其中，A,是AB改變的第Z個位置后通過第i個反射面到達(dá)接收點B的第s個反射波的聲程；
當(dāng)M足夠大時，所有反射波疊加的貢獻(xiàn)將趨于O，因此，將疊加后的信號進(jìn)行平 均得到信號波即為所需要的直達(dá)波信號p。，
另外，所述有限區(qū)域為任意形狀的多面體，其邊界可為反射邊界或者吸聲邊界 等任意特性邊界。
另外，所述重新布放發(fā)射點和接收點的次數(shù)M依賴于所需要達(dá)到的檢測精度與信 噪比，同時布放的隨機性越強對消除反射波影響的處理越有利，若M取足夠大，本 方法總是有效的，優(yōu)選大于20次。
另外，所述發(fā)射點和接收點之間的距離為發(fā)射點和接收點正常工作以及信號良 好發(fā)射和接收所需的距離，所述采集信號開始時間的延時小于等于信號由發(fā)射點到 達(dá)接收點的時間，所述采集信號的時間大于等于采集到完整的直達(dá)波和足夠混響的 反射干擾波所需時間。
根據(jù)本發(fā)明，無需考慮邊界反射影響，該方法可在聲波的低頻率段實現(xiàn)混響聲 場中完全將直達(dá)波與反射波分離，以便于在此基礎(chǔ)上的信號處理。利用本發(fā)明的方 法，即使在介質(zhì)中的有限區(qū)域內(nèi)存在著同頻反射的聲干擾，也可以比較容易地將直 達(dá)波提取出來。


圖1是聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中的傳播邊界反射的示意圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量 方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是聲波在六面體介質(zhì)中的傳播邊界反射的示意圖。如圖1所示，首先，在介 質(zhì)的有限區(qū)域中布放發(fā)射點A和接收點B，固定AB之間的距離，且保證距離不影響 A和B的正常工作以及信號的良好發(fā)射和接收。接著，發(fā)射點A產(chǎn)生出一定脈寬的連 續(xù)脈沖波，接收點B在介質(zhì)有限區(qū)域形成穩(wěn)定的聲場后，開始采集由A發(fā)出的聲壓 信號，采集信號的開始時間的延時不得大于信號由A到B的時間，這樣才能保證B 點采集到的信號中包含完整的直達(dá)波。采集信號的時間要保證采集到完整的直達(dá)波和足夠混響的反射干擾波。
對于第一次反射，如果AB的連線平行于頂面、底面、前面和后面，由于反射角 和入射角相等，圖1中介質(zhì)分界面的法平面必為AB連線的垂直平分面，如圖1中虛
線平面。入射波與反射波的交點必在此法平面與頂面、底面、前面、后面四個面的
交線上。而左右面為垂直入射，入射波與反射波在AB連線的延長線上。如果AB的 連線不平行于任何一個面，根據(jù)入射角等于反射角，那么總能找到一個垂直于六面 體各個面的法平面，并且入射波和反射波關(guān)于此法平面對稱。也就是說，發(fā)射點A 與接收點B在六面體的各個面上反射時總有一次反射的聲波被B所接收到。
如果考慮多次反射的影響，由于發(fā)射點A和接收點B在六面體介質(zhì)內(nèi)的位置可 任意布放，所以聲波傳播過程中到達(dá)各個面的位置也不同，聲波每反射一次產(chǎn)生的 反射波就相當(dāng)于一個新的聲源，成為下一個反射波的入射波。聲波在介質(zhì)的有限區(qū) 域內(nèi)如此往復(fù)反射，在不改變發(fā)射點A和接收點B在介質(zhì)內(nèi)的相對位置的情況下， 便形成了此區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定的混響聲場。當(dāng)此介質(zhì)中的有限區(qū)域形成穩(wěn)定混響聲場時， 根據(jù)疊加原理，其中的任意一點疊加后的的聲壓、質(zhì)點的振速的大小和方向等物理 量應(yīng)該是確定的。
假設(shè)只考慮一次反射，那么接收點B點聲壓為
6
式中
P?！边_(dá)波，；>。=^f,"'-w)，其中&為A點發(fā)射源等效到1米處的聲波聲
壓幅值
A——經(jīng)不同反射界面反射到B點的反射波，=^^^^
《
經(jīng)過化簡，可得到B點的瞬時聲壓為-
巧
1 I f "《
臺"，
d——直達(dá)聲程，《——各反射聲程，《——各反射面的聲反射系數(shù) 由于有限區(qū)域的介質(zhì)和它以外的介質(zhì)的阻抗相差很大，一般情況反射系數(shù)i ,可看
10作常量，考慮最不利的情況，假設(shè)《很大，即能使得入射波的能量大部分被反射' 于是B點的平均聲壓可表示為
1 I f "《c貞"')
式中忽略時間因子e,， i ,——各反射面的聲反射系數(shù)，可為復(fù)數(shù)
當(dāng)發(fā)生二次或二次以上反射時， 一次反射的信號通過B點后，可能經(jīng)過多次反射 后重新到達(dá)B點，也可能不會回到B點，但是一次反射的信號沒有通過B點的，經(jīng) 過二次以上的反射到達(dá)B點。無論怎樣，在滿足反射定律的情況下，第i個反射面
(i=l， 2， 3， 4， 5， 6)可以看作總有A^個像發(fā)射點A—樣的各種隨機的不規(guī)則的 聲源，發(fā)出聲波通過B點發(fā)生疊加。
因此，在介質(zhì)有限區(qū)域內(nèi)存在多次反射形成的穩(wěn)定聲場時B點的平均聲壓為
其中，《是通過第i個反射面到達(dá)接收點B的第s個反射波的聲程，《表示經(jīng)
第i反射面反射的第s個反射波所經(jīng)歷的各次反射時各反射面的反射系數(shù)乘積。
然后，在介質(zhì)的有限區(qū)域內(nèi)重新布放發(fā)射點A和接收點B，仍然保持A和B相對 距離不變，重復(fù)上一步的操作。如此反復(fù)M (如M=20)次，接收點B采集到20個 信號波。
將接收點B采集到的20個信號進(jìn)行同步，然后疊加，將疊加后的波形進(jìn)行平均 得到的信號波就是所需要的直達(dá)波信號。
如果無規(guī)則的任意改變發(fā)射點A和接收點B在有限區(qū)域中的位置，保持A與B之 間的距離d不變，變換AB在有限區(qū)域內(nèi)20個位置，每個位置形成穩(wěn)定聲場B點接 收的平均聲壓表達(dá)式與上式相同。
將20個位置的B點接收平均聲壓疊加，可以得到
20 20 6 力p
Sa"。 2o+i; i;》
,萍-〈)
+
20 6 W,
《
""《"■
其中，《,是AB改變的第《個位置后通過第i個反射面到達(dá)接收點B的第s個反射波的聲程。
由于上式中的第三項中的2l;^v""^"本身就是由很多無規(guī)相位的反射波疊 加而成的，所以根據(jù)疊加原理，第三項值趨近于o。第二項中的i;,貞"—^本身不
i=、《
具有無規(guī)性，但是由于無規(guī)則的任意改變了 AB在有限區(qū)域內(nèi)的相對位置，造成 f ^貞^/")具有了無規(guī)性，因此使得第二項疊加的結(jié)果趨近于0。
tr《
最后，得到20個位置的疊加結(jié)果為
20 1 20
20; 0 o p0 =;》,
/-1 么u /=
說明上述理論不局限于六個反射面的規(guī)則介質(zhì)區(qū)域，任意形狀的多面體介質(zhì)區(qū) 域均適用，包括任意形狀的多面體介質(zhì)區(qū)域的邊界為發(fā)射邊界或者吸聲邊界等任意 特性邊界的情況。
綜上所述，在介質(zhì)中的有限區(qū)域內(nèi)，雖然存在著同頻反射的聲干擾，但通過本發(fā) 明的方法可以比較容易的將直達(dá)波提取出來。
1權(quán)利要求
1、一種聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量方法，所述有限區(qū)域呈多面體形狀，該方法包括如下步驟1)首先，在介質(zhì)的有限區(qū)域中布放發(fā)射點和接收點，并固定兩點之間的距離，當(dāng)發(fā)射點產(chǎn)生出一定脈寬的連續(xù)脈沖波，接收點在介質(zhì)有限區(qū)域形成穩(wěn)定的聲場后，開始采集由發(fā)射點發(fā)出的聲壓信號；2)然后，在介質(zhì)的有限區(qū)域內(nèi)重新布放發(fā)射點和接收點，并保持發(fā)射點和接收點相對距離不變，重復(fù)上一步的操作，如此反復(fù)M次，接收點采集到M個信號波的聲壓；3)最后，將接收點采集到的M個信號進(jìn)行同步處理，然后再疊加，將疊加后的波形進(jìn)行平均得到所需要測量的直達(dá)波信號聲壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量 方法，其特征在于，該方法具體包括-1)首先，在介質(zhì)的有限區(qū)域中布放發(fā)射點和接收點，并固定兩點之間的距離， 當(dāng)發(fā)射點產(chǎn)生出一定脈寬的連續(xù)脈沖波，接收點在介質(zhì)有限區(qū)域形成穩(wěn)定的聲場后， 開始釆集由發(fā)射點發(fā)出的信號，所述接收點的平均聲壓尸為<formula>formula see original document page 2</formula>式中，p。為直達(dá)波，i=l、 2、 3……n， n為有限區(qū)域反射面總數(shù)，c/為直達(dá)聲程， 《為各反射聲程，i ,為各反射面的聲反射系數(shù)，《是通過第i個反射面到達(dá)接收點 的第s個反射波的聲程，《表示經(jīng)第i反射面反射的第s個反射波所經(jīng)歷的各次反 射時各反射面的反射系數(shù)乘積；2) 然后，在介質(zhì)的有限區(qū)域內(nèi)重新布放發(fā)射點和接收點，并保持發(fā)射點和接收 點相對距離不變，重復(fù)上一步的操作，如此反復(fù)M次，接收點采集到M個信號波；3) 最后，將接收點采集到的M個信號進(jìn)行同步處理，然后將M個位置的所述接 收點接收平均聲壓疊加，可以得到<formula>formula see original document page 2</formula>式中，是AB改變的第Z個位置后通過第i個反射面到達(dá)接收點B的第s個反 射波的聲程；接著，將疊加后的波形進(jìn)行平均得到信號波即為所需要測量的直達(dá)波信號聲壓<formula>formula see original document page 3</formula>
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的 測量方法，其特征在于，所述重新布放發(fā)射點和接收點的次數(shù)M為滿足檢測信噪比 及隨時改變布放位置的無規(guī)性所確定的參數(shù)，通常大于20次。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波 信號聲壓的測量方法，其特征在于，所述有限區(qū)域為任意形狀的多面體，其邊界是 包括反射邊界或吸聲邊界的任意特性邊界。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波 信號聲壓的測量方法，其特征在于，所述有限區(qū)域為矩形六面體。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量 方法，其特征在于，所述發(fā)射點和接收點之間的距離為發(fā)射點和接收點正常工作以 及信號良好發(fā)射和接收所需的距離。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量 方法，其特征在于，所述采集信號開始時間的延時小于等于信號由發(fā)射點到達(dá)接收 點的時間。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量 方法，其特征在于，所述采集信號的時間大于等于采集到完整的直達(dá)波和足夠混響 的反射干擾波所需時間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聲波在有限區(qū)域介質(zhì)中傳播的直達(dá)波信號聲壓的測量方法，包括如下步驟1)首先，在介質(zhì)的有限區(qū)域中布放發(fā)射點和接收點，并固定兩點之間的距離，當(dāng)發(fā)射點產(chǎn)生出一定脈寬的連續(xù)脈沖波，接收點在介質(zhì)有限區(qū)域形成穩(wěn)定的聲場后，開始采集由發(fā)射點發(fā)出的聲壓信號；2)然后，在介質(zhì)的有限區(qū)域內(nèi)重新布放發(fā)射點和接收點，并保持發(fā)射點和接收點相對距離不變，重復(fù)上一步的操作，如此反復(fù)M次，接收點采集到M個信號波的聲壓；3)最后，將接收點采集到的M個信號進(jìn)行同步，然后疊加，將疊加后的波形進(jìn)行平均得到所需要的直達(dá)波信號聲壓。利用本方法，即使在介質(zhì)中的有限區(qū)域內(nèi)存在著同頻反射的聲干擾，也可比較容易地將直達(dá)波提取出來。
文檔編號G01H17/00GK101620004SQ20081011615
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者吳本玉, 政 崔, 莫喜平 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所