[发明专利]一种基于Rayleigh第二积分的近场声全息声场预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声场预测方法，具体涉及一种基于Rayleigh第二积分的近场声全息声场预测方法。

背景技术

在超声无损检测领域，往往需要对声场分布进行分析研究，尤其是远场。但是当超声频率过高，声源尺寸越大，使得声源辐射面增大，从而增大声场测量工作量。在声场测量中，通常要求以相对较少的测量点，来获得精度较高的声场分布精度。总体来说，均是通过测量近场处的声压分布，通过算法推算重建面的声场分布。

基于空间Fourier变换的近场声全息算法是一种以空间Fourier变换为核心的声场重建方法，在声压分布、声源指向性分布和声源表面振速分布等声学量预测上，得到了极为广泛的应用。该推算方法是从Helmholtz方程出发，结合Neumann边界条件，得到正半空间任意位置的声场分布，通过空间Fourier变换和逆变换，最终实现对重建面声场重建。由于推算公式中各函数都是连续的，但是在重建面推算过程中只能作离散化处理，并且计算机也只能处理有限长离散信号，因此，通常将声场重建公式进行离散化处理。这使得参与声场重建的复声压信号是实测复声压信号经过周期性复制延拓所得信号。该复声压信号即是由居于中心的实测信号和无限多个分布在其周围“虚像”构成；当该复声压信号与上述对应两边界条件的空间变换的格林函数进行Fourier逆变换卷积时，上述分布在全息孔径外的实测信号的“虚像”将被“卷绕”回全息孔径内参与声场重建，造成“卷绕误差”，降低重建精度。

发明内容

本发明针对现有技术的补足，提供了一种基于Rayleigh第二积分的近场声全息声场预测方法。

为解决以上问题，本发明包括以下步骤：

步骤1、设定超声频率f、声速c、介质密度ρ和振速ν。

步骤2、确定测量位置坐标z_H和预测位置坐标z_S。

步骤3、利用步骤1和2中设定的相关参数计算测量位置处声场，以复声压p(x',y',z_H)表示。

步骤4、构建测量平面H和预测平面S上对应的位置坐标，相邻坐标间隔须小于预设声波波长一半，用集合H＝{(x,y)|-L'_x≤x≤L'_x,-L'_y≤y≤L'_y}和S＝{(x,y)|-L_x≤x≤L_x,-L_y≤y≤L_y}(L'_x<L_x,L'_y<L_y)表示，其中L'_x<L_x,L'_y<L_y，L'_x表示测量平面H的x坐标轴的上下限，L'_y表示测量平面H的y坐标轴的上下限；L_x表示预测平面S的x坐标轴的上下限，L_y表示预测平面S的y坐标轴的上下限。

步骤5、利用步骤3构建的坐标，计算满足对Neumann边界条件的格林函数。

步骤6、利用Rayleigh第二积分公式计算预测位置处声场分布以复声压p(x,y,z_S)表示。

另外还可以分别计算步骤6计算的复声压p(x,y,z_S)并与理论计算结果比较，计算相对误差，以评价该方法的声场预测精度；同时计算相应的声压幅值和相位，用图像形式显示幅值和相位分布以便于与理论计算结果进行观察对比。

本发明的有益效果在于：本发明摒弃了空间Fourier变换的方法，直接求解卷积，以获得重建面的声场分布。该种方法完全消除了“卷绕误差”对声场重建精度的影响，有利于提高声场重建精度。本发明提出的方法易于实现，只需获得足够的近场处复声压，构建对应位置的格林函数，即可对待重建声场进行重建。

附图说明

图1为声源、测量位置和预测位置示意图。

图2为声轴上距声源60mm测量位置处x轴方向声压分布及相位分布。

图3为声轴上距声源200mm重建位置处x轴方向声压分布及相位分布。

图4为利用Rayleigh第二积分推算的声轴上距声源200mm重建位置处x轴方向声压分布及相位分布。

图5为声轴上距声源500mm重建位置处x轴方向声压分布及相位分布。