Page 125 - 《应用声学》2023年第4期

第 42 卷 第 4 期 丁栋等： 水中分层弹性球壳高频时域回波的声学编码研究 787

厚度的球壳时域回波，球壳每层厚度都增加到 性波序列进行声学编码。图10(a)由外到内为铝 -聚
6.1 mm，此时球壳半径将扩大为原始半径的一倍 乙烯-聚碳酸酯-橡胶球壳的时域弹性回波；图10(b)
R 1 = 2 × R = 200 mm；图 8(c) 为仅增加最外层材 为铁 -聚乙烯 -聚碳酸酯-橡胶球壳的时域弹性回波。
料厚度的球壳时域回波，其余壳层材料厚度不变，最 为获取足够的编码信息，对上述球壳分别选取按大
外层厚度增加至100.6 mm，此时球壳半径扩大为原 小降序排序的第 300个峰值作为阈值并进行声学编
始半径的一倍R 2 = 2 × R = 200 mm。 码，结果如图10(c)、图10(d)所示。
壳厚的改变使球壳物理结构发生变化，其时域
几何回波和弹性回波的峰幅值与波形均发生变化。
由图 8(b)、图8(c) 对比可知，当球壳体积、壳材料属
性以及材料排布顺序相同时，球壳内层厚度不同，其 1.3330 1.3335 1.3340 1.3345 1.3350 1.3355
௑ᫎ/s
弹性回波的波形与幅值相差较大。均选取按大小排 (a) ӧय़˞Rᄊုܧ
序的第 9 个峰值为阈值，计算得到 3 种球壳的声学
编码，如图9所示。
由图 9 可知，球壳厚度增加使得回波所需时间
减少，在声学编码上第一条黑色条纹的中心位置靠 1.3330 1.3335 1.3340 1.3345 1.3350 1.3355
௑ᫎ/s
前，黑色条纹宽度越大表示此处波峰面积与总面积
(b) ӧय़˞R  ᄊုܧ
的占比越大。其次壳层内部形成的弹性回波会产生
差异，在声学编码上表现为在时间增大的方向上，黑
色条纹中心的位置与宽度产生明显的差异。
2.4 壳层材料属性对声学编码的影响 1.3330 1.3335 1.3340 1.3345 1.3350 1.3355
௑ᫎ/s
入射平面波的频率为 50 kHz，改变组成球壳 4 (c) ӧय़˞R  ᄊုܧ
层材料的属性，选择不同壳材料，壳材料属性相关 图 9 “铁 -铝 -铁 -铝” 球壳不同厚度的声学编码
参数在 1.2 节已述，见表 3，其他条件不变。两种球 Fig. 9 Acoustic coding of Fe-Al-Fe-Al spherical
壳的几何回波幅值远大于弹性回波幅值，故选取弹 shells of different thickness

T10 -4 T10 -4
5 5
4 4
3
3
2 2
1 1
0 0
-1 -1
-2 -2
-3 -3
-4 -4
-5 -5
1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 1.44 1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 1.44
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(a)þᨸ-ᐑ˳མ-ᐑᇏᦻᦳ-ൃᑛÿုܧᄊ௑۫ڀฉ (b)þᨡ-ᐑ˳མ-ᐑᇏᦻᦳ-ൃᑛÿုܧᄊ௑۫ڀฉ

1.34 1.35 1.36 1.37 1.38 1.39 1.40 1.41 1.34 1.35 1.36 1.37 1.38 1.39 1.40 1.41
௑ᫎ/s ௑ᫎ/s
(c) þᨸ-ᐑ˳མ-ᐑᇏᦻᦳ-ൃᑛÿᄊܦߦᎄᆊ (d) þᨡ-ᐑ˳མ-ᐑᇏᦻᦳ-ൃᑛÿᄊܦߦᎄᆊ
图 10 不同材料球壳的时域回波和声学编码图
Fig. 10 Time domain echo and acoustic coding diagram of spherical shells of different materials