水声学原理3.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,College of Underwater Acoustic Engineering,*,第二章 声学基础,第四讲 声波的辐射和接收,本讲主要内容,等间距均匀点源离散直线阵的声辐射（了解）,均匀连续直线阵的声辐射,（了解）,无限大障板上平面辐射器的声辐射,（了解）,声波的接收方向特性,（了解）,2,College of Underwater Acoustic Engineering,1,、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射,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：,3,College of Underwater Acoustic Engineering,声场的方向性函数：,方向性图,(1),当 时，,声压振幅出现,极大值,1,，,对应极大值的方向：,4,College of Underwater Acoustic Engineering,其中，对应的方向为主极大值方向（,主瓣,）；,对应的方向为第一副极大值方向（,栅瓣,），依此类推。,注意,：不出现副极大值的条件,(2),当 时，声压振幅出现,次极,大值,（,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,）,5,College of Underwater Acoustic Engineering,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）,：,主极大值两旁第一个极小值之间的夹角。,6,College of Underwater Acoustic Engineering,常识,：阵孔径（,nd,）越大，频率越高，波数宽度越窄。,-3dB,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,：利用正弦函数的级数展开，求得上式。,取：,解得：,7,College of Underwater Acoustic Engineering,方向性因子和方向性指数,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,：发射阵的方向性因子的分贝数。,8,College of Underwater Acoustic Engineering,2,、均匀连续直线阵的声辐射,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,-3dB,束宽,：,9,College of Underwater Acoustic Engineering,注意,：连续直线阵永远不会出现栅瓣。,方向性因子：,和方向性函数：,10,College of Underwater Acoustic Engineering,3,、无限大障板上平面辐射器的声辐射,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,11,College of Underwater Acoustic Engineering,轴线上声压变化,注意,：轴线声压随距离起伏变化，呈现很强的相干效应。,远场声压,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,12,College of Underwater Acoustic Engineering,方向性函数,活塞辐射声场的方向性函数为：,注意,：圆形活塞不会出现栅瓣。,波束宽度,13,College of Underwater Acoustic Engineering,方向性因子和方向性指数,14,College of Underwater Acoustic Engineering,4,、声波的接收方向特性,接收方向性函数,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,：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方向性函数相同。,15,College of Underwater Acoustic Engineering,接收方向性指数,接收方向性因子,：,接收方向性指数,：,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。,16,College of Underwater Acoustic Engineering,