Page 115 - 《应用声学》2023年第4期
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第 42 卷 第 4 期 李东林等: Scholte 波识别水池缩比实验 777
50 kHz 0~2വগጇ 50 kHz 0വগጇ
1.5 1.0
0വগ
1വগ 0.8 ϙᝠካ
2വগ ࠄᰎ
1.0 0ጇϙ͌ᄾ
0.6
ጇϙ ጇϙ
0.5 0.4
0.2
0 0
15 20 25 30 50 70 90 0 10 20 30 40 50 60
͜୧ᡰሏ/cm ܦູງए/cm
(a) ᬤ͜୧ᡰሏԫӑ (b) ᬤܦູງएԫӑ
图 4 水池实验 Scholte 波模态系数随传播距离以及声源深度的变化
Fig. 4 Variation of Scholte wave modal amplitude coefficient with sound source depth in pool experiment
图 4(a) 为 Scholte 波模态系数随传播距离的变 述结果进行分析,提出误差产生的原因,并改进实
化,红色柱状图为 Scholte 波模态系数实验结果,红 验,提高实验结果的精度。
色曲线为仿真结果;图 4(b) 为 Scholte 波模态系数 简正波分离提取 Scholte 波的方法是通过简正
随声源深度的变化,红色曲线是Scholte波模态系数 波的正交归一性来提取对应的模态幅度系数,其误
实验结果,蓝色曲线为数值结算结果。根据图 4(b) 差可能因为垂直方向上的离散采样点数不够导致
中显示的结果,实验值的总体趋势与理论值相同,当 简正波的正交归一性变差,从而导致误差的产生。
声源深度较深、Scholte 波激发较强时,实验的结果 对比1 cm间隔采样与0.5 cm间隔采样Scholte波的
与理论值较为接近,但当声源深度较浅时,存在着较 正交性,考虑到实际实验水听器的尺寸,1 cm 间隔
大的误差。文献 [8] 中提出该误差可能是因为垂直 采样从深度1 cm 处开始采样,每1 cm 采样一次,到
方向采样点数不足,并给出了仿真结果如图5所示。 深度 59 cm 为止,共 59 采样点。0.5 cm 间隔采样从
深度 0.5 cm 处开始采样,每 0.5 cm 采样一次,到深
50 kHzവগጇԫӑ
1.0 度59.5 cm为止,共119采样点。通过图6来观察119
0.8 ေᝠካ 采样点和59采样点Scholte波的正交归一性,其中 0
121᧔ನག
ጇϙ 0.6 58᧔ನག 号为 Scholte 波的归一结果,其他号为 Scholte 波与
0.4
对应号数的简正波正交的结果。从图6中可以看出,
0.2
增加采样点数Scholte波的正交归一性得到了改善。
0
0 10 20 30 40 50 60
1.0
ܦູງए/cm 59᧔ನག
0.8 119᧔ನག
图 5 不同采样点 Scholte 波模态系数随声源深度
变化仿真结果 ࣨϙ 0.6
Fig. 5 Simulation results of Scholte wave model 0.4
coefficients varying with sound source depth at 0.2
different sampling points
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
图 5 横轴为声源深度,纵轴为 Scholte 波的模 വগՂ
态系数,121 采样点为从水深 0 cm (水面) 开始,每 图 6 不同采样点 Scholte 波正交归一对比
0.5 cm采样一次,到60 cm(海底界面处)为止。从仿 Fig. 6 Comparison of orthogonal normalization
真结果中可以看出 58 采样点结果在声源深度较浅 of Scholte waves at different sampling points
时误差较大,而 121 采样点的结果有效改善了这一 因为 Scholte 波是界面波,其在界面处幅值最
现象,仿真结果与理论值较为吻合。本文将针对上 大,Scholte 波在海底也会存有部分能量,导致只接