Page 165 - 《应用声学》2020年第1期

第 39 卷 第 1 期 杨垚等： 基于黄金分割搜索算法的行波管测量方法 161

对水柱进行 1 kHz∼3 kHz 范围内以 100 Hz 为 60
ᤩ࠱ጇ஝ t ᄱࠫឨࣀ
间隔的声学参数测量，结果如图 8所示，其中横轴表 50 Ԧ࠱ጇ஝ r ᄱࠫឨࣀ
示频率点，纵轴表示无量纲系数。可见透射系数与
40
水柱的理论值符合较好，但是反射系数测量误差较
大，其原因可能与双水听器法误差有关，产生双水听 ᄱࠫឨࣀ/% 30
器法误差的原因包括传递函数的测量误差与反射、 20
透射系数的计算误差与声速测量误差 [6] 。
10
1.2
0
1000 1500 2000 2500 3000
1.0 ᮠဋ/Hz

0.8 ᤩ࠱ጇ஝ t 图 10 30 mm 钢板测量相对误差
௄᧚ጩጇ஝ 0.6 Ԧ࠱ጇ஝ r Fig. 10 Measurement relative error of 30 mm steel

0.4 plate
透射系数的相对误差都低于 10%，但是反射系数的
0.2
误差较大。反射系数误差较大、透射系数测量误差
0
1000 1500 2000 2500 3000 较小，这与水柱声学参数测量结果趋势一致。
ᮠဋ/Hz
图 8 水柱声学参数测量结果 4 结论
Fig. 8 Measurement result of acoustic parameters
of water cylinder 本文通过一维黄金分割搜索算法，对幅度 A 与
时延 τ 进行搜索，实现 CW 脉冲信号的行波场建
对 30 mm 厚度的钢板进行 1 kHz∼3 kHz 范围 时延
立。该方法能够快速建立行波场，从而实现声学参
内以100 Hz为间隔的声学参数测量，并与理论值进
数测量，但是该方法并不能对发射波形进行精细的
行对比，结果如图 9 所示，其中横轴表示频率点，纵
修改，从而更加匹配建立最佳行波场所需的最佳幅
轴表示无量纲系数。可见，透射系数t测量结果与理
度谱 M 与相位谱 φ，进一步的工作可以考虑对发射
论值符合得较好，说明本系统测量透射系数较为准
波形进行均衡，从而提高行波场建立效果。本文使
确，但是反射系数r 比理论值偏小，且曲线不光滑，测
用该算法进行了行波场建立，并使用测量系统对水
量反射系数误差较大。将t与r 的测量值与理论值的
柱以及钢板的声学参数进行了测量，验证了该系统
相对误差做柱状图如图10 所示，其中横轴表示频率
的可行性。具体如下：
点，纵轴表示无量纲相对误差。可见，除了少数频点，
(1) 使用黄金分割算法能够得到抵消反射波
1.0
所需的时延与幅值，实现有源吸声，完成行波场的
0.9
建立。
0.8
(2) 对钢板和水柱的测量结果表明，本系统声
0.7
௄᧚ጩጇ஝ 0.6 学参数测量与理论值符合较好。
0.5
0.4
ᤩ࠱ጇ஝t
0.3 Ԧ࠱ጇ஝r 参 考 文 献
t ေ᝷ϙ
0.2 rေ᝷ϙ
0.1
1000 1500 2000 2500 3000 [1] 郑士杰, 袁文俊, 缪荣兴. 水声计量测试技术 [M]. 哈尔滨: 哈
ᮠဋ/Hz 尔滨工程大学出版社 1995.
[2] Beatty L G, Prandoni J F. Underwater sound transducer
图 9 30 mm 钢板声学参数理论值与测量值对比
calibration facility for the 10- to 4000-Hz frequency range
Fig. 9 Comparison between theoretical and mea- at hydrostatic pressure to 10,000 psig[R]. NRL Report,
sured acoustic parameters of 30 mm steel plate 1969.