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 0~2᫽വগጇ஝                             50 kHz 0᫽വগጇ஝
                     1.5                                        1.0
                                               0᫽വগ
                                               1᫽വগ             0.8      ஝ϙᝠካ
                                               2᫽വগ                      ࠄᰎ஝૶
                     1.0                       0᫽ጇ஝஝ϙ͌ᄾ
                                                                0.6
                   ጇ஝ϙ                                         ጇ஝ϙ

                     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 kHzവগጇ஝ԫӑ
                   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
                   ጇ஝ϙ  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
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