Modh tomhais comhéifeacht machnaimh fuaimiúil na n-ábhar fuaimiúil faoi uisce le hidreafón veicteoir amháin

Tá sé bjective staidéar a dhéanamh ar na hathruithe ar chruth agus ar shuíomh geoiméadrach raon fócasach fuaimiúil an chuasaigh. trasducer ultrasonaic sféarúil nuair a bhíonn an déine fuaime ard agus go bhfuil maolú mór ag an meán. Ó thaobh fuaimíocht fhisiceach, déantar anailís ar éifeachtaí neamhlíneachta agus maolú na meán de bharr déine fuaime ard ar an raon fócasach fuaime, agus úsáidtear an algartam forshuímh líneach de dhílis chun ríomhaireachtaí insamhalta uimhriúla a dhéanamh. Léiríonn anailís theoiriciúil agus ríomh uimhriúil araon, le méadú ar dhéine fuaime agus ar mhaolú meánach, go bhfuil dul chun cinn ar leibhéal milliméadar ag suíomh geoiméadrach an chrios fócasach fuaimiúil feadh an ais fhuaimiúil i dtreo an trasdaitheora; ag an am céanna, an crios fócasach fuaimiúil D'athraigh an cruth de réir a chéile ó éilipsóideach fada siméadrach go héilipsóideach gearr le 'ceann saille agus eireaball tanaí'.

 

Tá tionchar tábhachtach ag déine fuaime ard agus caolú meánach ar shuíomh agus cruth réigiún fócasach fuaime an trasducer sféarúil cuasach. Ba cheart breithniú iomlán a dhéanamh ar shuíomh beacht agus ar rialú dáileog trealaimh HIFU, ar fhoirmiú caighdeáin iniúchta, agus fiú ar an gcur i bhfeidhm cliniciúil.

 

Tá dul chun cinn suntasach déanta ag mo thír i bhforbairt agus i gcur i bhfeidhm cliniciúil ultrafhuaime dírithe ard-déine (trealamh ultrafhuaime dírithe ar ard-déine (HIFU). Mar sin féin, chun suíomh cruinn agus rialú dáileog cóireála a bhaint amach go fírinneach ar an trealamh, ionas gur féidir le cóireáil chliniciúil an éifeacht idéalach a bhaint amach chun an lesion a mharú go héifeachtach gan dochar a dhéanamh ar na gnáth-fhíocháin máguaird, tá go leor saincheisteanna teoiriciúla agus teicniúla fós ann a gcaithfear staidéar a dhéanamh orthu agus a réiteach go domhain. Léiríodh i staidéir thurgnamhach intíre agus eachtrannacha ar fhoirmiú damáiste HIFU i bhfíocháin bhitheolaíocha, le méadú ar dhéine fuaime, go dtéann suíomh an chrios fócasach ar aghaidh agus go n-athraíonn sé de réir a chéile ó éilipsóideach fada go dtí 'cruth ceannphoill' nó 'cruth cón'. Cé go bhfuil roinnt mínithe cáilíochtúla déanta ag litríocht eachtrach ar an bhfeiniméan thuas le blianta beaga anuas trí réiteach uimhriúil a dhéanamh ar an gcothromóid iomadú tonn fuaimiúil neamhlíneach (cothromóid KZK), ach tá an nós imeachta ríomh casta agus níl an caidreamh fisiceach sa phróiseas ríofa soiléir. Ar an gcúis seo, glacann an páipéar seo an trasducer fócasach sféarúil cuasach mar shampla, agus pléann sé an fhadhb trí staidéar a dhéanamh ar thionchar an tanúcháin mheán agus na saintréithe iomadú neamhlíneach faoi dhéine fuaime ard ar an raon fócasach fuaime.

 

Inár gcuid oibre roimhe seo, bunaithe ar dhíraonta Kirchhoff lárnach, tá léiriú an bhrú fuaime díorthaithe againn ag aon phointe sa réimse fuaime aon-minicíochta faoi choinníoll réimse fuaime líneach le trasducer fócasach sféarúil cuasach le radaíocht aonfhoirmeach ar an dromchla (ar a dtugtar freisin Do phointí Rayleigh).

 

Ón anailís ar theoiric fuaimíochta neamhlíneach, nuair a bhíonn brú fuaime na tonnta sín aon-minicíochta a radaítear ó dhromchla an trasducer isteach sa mheán mór go leor, tugtar 'tonn aimplitiúid chríochnaitheach', a iomadaíonn fad áirithe sa mheán (ar a dtugtar an t-achar neamhleanúnach). ), déanfar an tonnchruth a shaobhadh isteach i dtonnta sawtooth, ar féidir a mheas freisin mar thonn turraing. Chomh maith le minicíocht bhunúsach an astaithe bunaidh, cuimsíonn speictream minicíochta an tonn seo sraith de harmonics níos airde freisin. De réir a chéile a ghintear iad trí fhuinneamh a ionsú go leanúnach ón tonn bhunúsach le linn iomadú tonnta fuaime, is é sin, na harmonics fíocháin i leigheas ultrafhuaime. Is féidir an comhéifeacht aimplitiúid a úsáid chun cur síos a dhéanamh ar iomadú armónach ard-ord leis an achar iomadaithe agus caidreamh na n-athruithe fuinnimh le linn iomadú.

 

Cruthaíonn an tonn sábhadóireachta fad, agus mar sin is cainníocht gan toise é a léiríonn an t-achar iomadaithe. Bunaithe air seo, tá cuar comhéifeacht aimplitiúid na buntoinne agus na chéad 3 armónach ríofa againn. Nuair a iomadaíonn an tonn fuaime sa mheán, meathann an brú fuaime go heaspónantúil leis an achar, is féidir a chur in iúl i bhfoirm. Maidir le fíocháin bhoga ginearálta, tá an comhéifeacht maolaithe TM comhréireach go garbh leis an minicíocht. Chun an ríomh a shimpliú, cuireann an t-alt seo in iúl comhéifeacht maolaithe gach comhpháirt armónach mar nuair is é α an córas maolaithe fuaime don tonn fuaime minicíochta bunúsacha i bhfíocháin bhitheolaíocha in aghaidh an aonaid achair.

 

 

Ba cheart go n-áireofaí leis ionsú fuaime agus scaipeadh an fhíocháin. Tar éis breithniú a dhéanamh ar an dá fhachtóir thuas (neamhlíneacht agus caolú), is féidir léiriú an bhrú fuaime sa réimse fuaime dírithe a leathnú go dtí an fhoirm seo a leanas: is é an tonnuimhir gach armónach. Is é an fhoirmle seo a dtugaimid an t-algartam forshuíomh líneach de Rayleigh lárnach.

 

Toradh:

 

1 Tionchar caolú meánach ar an raon fócasach fuaime.Is iad paraiméadair an trasducer sféarúil cuasach a úsáidtear sa pháipéar seo: ga cuaire R = 15 cm, ga Cró a = 42 cm, minicíocht oibre f = 1.7 MHz. Ag glacadh leis gur fíochán bog ginearálta an meán, tá a chomhéifeacht tanúcháin α sa raon stew 01-30dB (cm·Mz). Glactar treoluas fuaime, dlús agus paraiméadair eile an mheáin de réir na litríochta ábhartha. D'fhonn staidéar a dhéanamh ar an gcomhéifeacht maolaithe mar fhachtóir tionchair amháin, ní gá ach minicíocht aonair, eadhon an minicíocht bhunúsach, a ríomh agus a anailísiú le haghaidh dlí athraithe an fhearainn fócas fuaime le luachanna α éagsúla. Ar an ábhar sin, san fhoirmle , rinneadh sraith ríomhanna uimhriúla trí M=1 a ghlacadh. Léiríonn na torthaí, le méadú an tanúcháin, is é sin, nuair a bhíonn α = 0.3, 13 agus 23dB stobhach (cm·Mhz), go n-athraíonn cruth an réigiúin fhuaimiúil -6dB fócasach ó éilipsóideach fada go héilipsóideach gearr, agus a ais fhada1 agus ais ghearr .

 

2.Tá siad 111, 104, agus 92 faoi seach. Suíomh an chrios fócasach (suíomh ar an ais fhuaimiúil), tá an dá cheann deiridh faoi seach 30mm agus 65mm chun tosaigh ar an gcéad cheann feadh ais fhuaimiúil an trasducer. Ag an am céanna, tá níos mó 'saille' ag ceann an chrios fócasaigh (an deireadh gar don trasduchtóir) ná a eireaball (an deireadh i bhfad ón trasduchtóir).

 

2 Tá an éifeacht neamhlíneachta de bharr déine fuaime ard ar an raon fócas fuaime mar an gcéanna, meastar gur fachtóir amháin é an brú fuaime radaíochta dromchla, agus is iad a luachanna faoi seach 44, 73, 4 MPa, andα = stew 3dB (cm·MHz). Ós rud é go n-ardóidh maolú an mheáin go tapa le méadú ar an minicíocht armónach, ní gá go mbeadh líon na n-armónach ró-iomarca. Léiríonn na torthaí ríomh: de réir mar a mhéadaíonn an brú fuaime radaíochta dromchla, athraíonn suíomh agus cruth an chrios fócasach murab ionann agus nuair a athraíonn an comhéifeacht maolaithe Tá sé chomh mór, ach tá a dhlí athraitheach cosúil. Is é sin le rá go ndéantar suíomhanna an dá réimse fócasach deiridh a bhogadh ar aghaidh faoi 16mm agus 21mm faoi seach; is é an cóimheas idir ais fhada agus ghearr limistéar fócasach 6dB ná 119, 116, agus 113 faoi seach, agus tá claonadh ag ceann an limistéir fhócasaigh a bheith ina 'saille' freisin.

 

3 Éifeacht chomhcheangailte tanúcháin agus neamhlíneachta ar an raon fócasach fuaime.

Ionchorpraítear an dá fhachtóir thuas go comhuaineach i bhfoirmle (3) le haghaidh ríomh. Taispeánann Fíor 3(a) agus Fíor 3(b) faoi seach go bhfuil stobhach α=3dB (cm·MHz), P′ 0=44MPa agus α=2.3dB stobhach (cm·MHz), P′0=44MPa

Agus éifeachtaí tanúcháin agus neamhlíneacha á mbreithniú ag an am céanna, is é comhrian na líne brú iso-fuaime sa chrios fócasach an toradh ríofa ar an bhfigiúr. I gcomparáid leis an dá cheann, tá suíomh an chrios fócasach tar éis bogadh ar aghaidh 8.4mm, agus tá an cóimheas idir aiseanna móra agus beaga an chrios fócasach athraithe ó 11.9 go 8.5. Léiríonn sé go bhfuil an treocht athraithe ar an gcrios fócasach de bharr an chomhéifeacht tanúcháin agus nonlinearity mar an gcéanna, mar sin tá an éifeacht iomlán a neartú.

 

 

mar fhocal scoir

Léiríonn torthaí anailíse agus ríomha theoiriciúil an pháipéir seo: go bhfuil tionchar tábhachtach ag déine fuaime ard agus maolú meánach ar chruth agus ar shuíomh an chrios fócasach fuaime; is mó comhéifeacht maolaithe an mheáin, is airde an déine fuaime (is é sin, an níos láidre an neamhlíneacht), agus an fócas fuaime Is é an réimse is gaire don trasducer; éiríonn an cóimheas idir aiseanna fada agus gearr an réimse fócasach níos lú freisin, is é sin, athraíonn a cruth de réir a chéile ó ellipsoid fada go ellipsoid gearr, agus déantar ceann an limistéir fhócas fuaime mar 'saill' ná an eireaball. Feiniméan, is gnách gur 'cairéad' an cruth. Soláthraíonn na conclúidí thuas bonn chun anailís chainníochtúil a dhéanamh ar dhlí an athraithe ar an limistéar fócais fuaime de réimse fuaime HIFU, agus staidéar breise a dhéanamh ar an gcaidreamh idir an limistéar fócais fuaime agus an limistéar damáiste.

 

Modh tomhais samplach mór de chomhéifeacht machnaimh fhuaimiúil ábhair fhuaimiúla faoi uisce le hidreafón veicteoir amháin

 

D'fhonn tomhas leathanbhanda saor-réimse a bhaint amach ar ghnáth-chomhéifeacht machnaimh fuaime na n-ábhar fuaimiúil faoi uisce, úsáidtear hidreafón veicteoir amháin mar chroí-threalamh an chórais tomhais, in éineacht le teicneolaíocht astaithe fuaimiúil bíog agus teicneolaíocht próiseála comhartha scagaire iar-inbhéartach, moltar hidreafón veicteoir amháin bunaithe ar hidreafón veicteoir amháin. Is é an modh tomhais leathanbhanda saor-réimse de ghnáth-chomhéifeacht machnaimh fuaime an ábhair fhuaimiúil faoi uisce den ábhar fuaimiúil faoi uisce, tríd an teicneolaíocht uainíochta leictreonaigh hidreafóin veicteoir chun scaradh éifeachtach na fuaime díreach agus na fuaime frithchaite a bhaint amach. Pléitear tionchar earráid an chórais tomhais agus cóimheas comhartha-go-torann an chomhartha faighte ar an toradh tomhais. Tá ceanglais áirithe ag an modh seo maidir leis an gcóimheas comhartha-go-torann, ach níl sé íogair d'earráid an chórais tomhais. Léiríonn na torthaí tástála turgnamhacha: I gcomparáid leis na torthaí tástála turgnamhacha gan próiseáil scagtha iar-inbhéartach, feabhsaíonn an modh a thuairiscítear san alt an fheidhmíocht tomhais go suntasach, ach teoranta ag cumas astaíochta íseal-minicíochta an trasducer tarchurtha, tá na torthaí turgnamhacha os cionn 2.5 kHz agus tá na luachanna teoiriciúla comhaontaithe go maith.

 

Is paraiméadar tábhachtach é an comhéifeacht machnaimh fuaimiúil a shainíonn feidhmíocht fhuaimiúil ábhair fhuaimiúla faoi uisce. Faoi láthair, is féidir na modhanna tomhais ar chomhéifeacht machnaimh fuaimiúil na n-ábhar fuaimiúil faoi uisce a roinnt go garbh i modh feadán fuaimiúil saotharlainne samplach beag agus an modh tomhais réimse saor ó shampla mór. De ghnáth déantar tomhas mór páirce saor ó shampla i linn mór anechoic. Trí ábhair tosta a leagan ar theorainn na linne chun fuaim fhrithchaite theorainn na linne a ionsú, níl sa chomhartha a fhaigheann an hidreafón ach an fhuaim dhíreach agus fuaim fhrithchaite an tsampla. Mar sin féin, mar gheall ar theorannú teorainn níos ísle an linn snámha anechoic, tá an éifeacht ilchosán íseal-minicíochta soiléir; ina theannta sin, cuireann éifeacht díraonta imeall an tsampla isteach ar an modh tomhais saor-réimse den chuid is mó, agus tá an cur isteach seo go háirithe tromchúiseach sa bhanna íseal-minicíochta. D'fhonn na fadhbanna thuas a réiteach, úsáidtear teicneolaíocht tástála fuaime impulse go forleathan i dtomhas paraiméadair fhuaimiúla ábhair fhuaimiúla faoi uisce. Is í an phríomhtheicneolaíocht atá aige ná comharthaí fuaimiúla bíogacha a tharchur le tonnta inrialaithe agus gan aon saobhadh. Mar sin féin, cuireann feidhm aistrithe an trasducer tarchurtha teorainn le minicíocht níos ísle na teicneolaíochta tástála fuaime impulse i spás tomhais teoranta. Ar an gcúis seo, tá modhanna cúitimh éagsúla molta, mar shampla an modh forshuite leathanbhanda pulse atá molta ag Li Shui et al. Úsáideann an modh seo teicneolaíocht scagtha inbhéartach chun comhartha excitation an trasducer tarchurtha a réamhphróiseáil chun feidhm tarchurtha an trasducer tarchurtha a chúiteamh, ionas go mbeidh an comhartha a radaítear ag an trasducer tarchurtha ina chuisle géar idéalach, rud a laghdaíonn go héifeachtach minicíocht teorann níos ísle an tomhais.

 

Difriúil ón modh thuas, déanann an 'teicneolaíocht scagtha iar-inbhéartach' an comhartha ag deireadh glactha an hidreafóin a phróiseáil chun an cuspóir a bhaineann le freagra minicíochta an trasdaitheora tarchurtha a chúiteamh. Glactar leis an 'teicneolaíocht scagaire iar-inbhéartach' sa fheadán fuaimiúil chun tomhas leathanbhanda a bhaint amach ar chomhéifeacht ionsú fuaime ábhair fhuaimiúla faoi uisce . Faigheann an modh seo feidhm aistrithe an chórais tomhais ar dtús, ansin déanann sé an comhartha breathnóireachta a chúiteamh, agus ar deireadh faigheann sé comhéifeacht machnaimh fuaimiúil an tsampla tríd an speictream aimplitiúid comhartha breathnadóireachta cúitimh a roinnt leis an speictream aimplitiúid comhartha machnaimh caighdeánach sampla, agus ríomhann sé tuilleadh an ionsú Comhéifeacht fuaime. Le blianta beaga anuas, tá braiteoirí veicteora curtha i bhfeidhm go rathúil ar thomhas paraiméadair fuaimiúla na n-ábhar aeroacoustic, mar shampla modh impedance dromchla agus modh déine fuaime. Is féidir leis an hidreafón veicteoir an fhaisnéis réimse fuaime a phiocadh suas go sioncrónach agus ag an bpointe céanna, rud a leathnaíonn an spás próiseála iar-comhartha, agus is féidir le comhphróiseáil comharthaí brú fuaime agus treoluas creathadh treo spásúil áirithe a fhoirmiú, rud a d'fhéadfadh cur isteach ar fhuaim díraonta imeall an tsampla. Go pointe áirithe faoi chois, ní gá úsáid a bhaint as eagar glactha brú fuaime mór traidisiúnta, rud a laghdaíonn castacht an chórais tomhais. Ag an am céanna, is féidir an t-uasthreoir aschuir is mó de phróiseáil chomhcheangailte brú fuaime agus treoluas creathadh an hidreafóin veicteora a dhíriú chuig treo réamhshocraithe trí theicneolaíocht rothlaithe leictreonaigh, rud a éascaíonn feannadh éifeachtach fuaime díreach agus fuaim léirithe. Ina theannta sin, tá na buntáistí a bhaineann le dea-threoiriúlacht íseal-minicíochta agus friotaíocht torainn isotrópach ag an hidreafón veicteoir. Dá bhrí sin, i gcomparáid leis an hidreafón brú fuaime traidisiúnta, tá buntáistí áirithe ag baint úsáide as hidreafón veicteoir chun comhéifeacht machnaimh fuaime ábhair a thástáil. Cuireann an páipéar seo i láthair modh tomhais leathanbhanda do ghnáth-chomhéifeacht machnaimh fuaime na n-ábhar fuaimiúil faoi uisce le sampla mór saor-réimse. Úsáideann an modh seo hidreafón veicteoir amháin mar chroí-threalamh an chórais tomhais, comhcheanglaíonn sé teicneolaíocht astaíochta fuaimiúil bíogach agus teicneolaíocht scagtha iar-inbhéartach chun saobhadh tonnchruth an chomhartha a shochtadh, cuireann sé deireadh le fuaim díraonta imeall samplach agus fuaim trasnaíochta il-chosáin san fhearann ama, agus ansin téann teicneolaíocht rothlaithe leictreonach an veicteora amach go bhfuil scaradh éifeachtach na fuaime dírí agus an fhuaim frithchaite ag an ngnáth-fhrithchaitheamh, agus ar deireadh faightear an gnáth-fhrithchaitheamh fuaime. dhá.

 

1 Próiseas tomhais

D'fhonn prionsabal tomhais an mhodha seo a mhíniú, agus an próiseas tomhais á mhíniú, tugtar an díorthú foirmle gaolmhar agus na torthaí insamhalta.

 

1.1 Aithint feidhm aistrithe agus dearadh scagaire inbhéartach an chórais tomhais Sula ndéantar an sampla a thástáil, ba cheart feidhm aistrithe an chórais tomhais a fháil ar dtús. Difriúil ón hidreafón brú fuaime traidisiúnta, cuimsíonn an hidreafón veicteoir cainéal brú fuaime agus cainéal treoluas creathadh, agus mar sin ní mór feidhm aistrithe gach cainéal tomhais den hidreafón veicteora a fháil ag an am céanna. Le linn an tomhais, déantar an comhartha pulse idéalach a radaithe isteach sa mheán uisce tríd an trasducer tarchurtha, agus ansin a tharchur chuig an bpointe glactha tríd an gcainéal hidreafhuaimneach, agus ar deireadh faighte ag an hidreafón veicteoir agus bailithe ag an mbailitheoir. Mar sin, is féidir an córas tomhais a roinnt ina thrí chuid, eadhon an córas tarchurtha comhartha, an cainéal fuaimiúil faoi uisce agus an córas glactha comhartha. Ag glacadh leis an gcainéal brú fuaime mar shampla, taispeántar an tsamhail comhartha faighte i bhFíor 1.

I bhFíor 1, is é s(f) an speictream comhartha tarchurtha, is iad T(f), Hp(f) agus R(f) feidhmeanna aistrithe an chórais tarchurtha, cainéal hidreafhuaimneach brú fuaime agus córas glactha comhartha, faoi seach, agus is é N (f) an cúlra speictream torainn, is é Y (f) speictream comhartha aschuir an chórais tomhais. Is é an teicníc scagtha iar-inbhéartach ná scagaire inbhéartach a dhearadh chun T(f) agus R(f) a chúiteamh nuair is eol feidhm aistrithe an chórais tomhais. Glac an cainéal brú fuaime mar shampla chun bunphrionsabal aitheantais feidhm aistrithe an chórais tomhais a léiriú. Modh 1 Déan machnamh ar an gcóras tarchurtha comhartha agus ar an gcóras glactha comhartha ina iomláine, is é sin, H(f) = T(f) + R(f). Is é x(t) an comhartha ionchuir, is é comhartha aschuir an chórais y(t), is é an torann cúlra ná n(t), Y(f) = H(f) X(f) + N(f) (1) áit a bhfuil, X(f), Y(f) agus N(f) an claochlú Fourier ar chomhartha ionchuir an chórais x(t), comhartha aschuir an chórais y(t) agus an torann cúlra n(t), faoi seach. Tar éis an ríomha, is é ^H(f) luach measta H(f) = Gxy(f)Gxx(f) (2) áit arb é Gxy(f) speictream traschumhachta an chomhartha ionchuir agus comhartha aschuir an chórais, agus is é Gxx(f) speictream féinchumhachta chomhartha ionchuir an chórais.

 

Chomh maith leis na modhanna aitheantais córais tomhais thuasluaite, is féidir teicnící aitheantais seicheamh pseudo-randamach a úsáid freisin. Modh 2 Abair gur seicheamh randamach randamach (seicheamh MLS) an comhartha ionchuir x(t) den chóras tomhais, agus is é y(t) comhartha aschuir an chórais. Ar ndóigh, y(t) = x(t) * h(t) (3) áit a bhfuil , * Ciallaíonn convolution, is é h(t) an t-aonad feidhm freagartha ríge an chórais. Ríomh an fheidhm chomhghaolaithe idir an comhartha ionchuir agus comhartha aschuir an chórais, rxy = ∫x(τ) y(τ-t) dτ = h(t) * rxx(t) (4) nuair is é rxy an tras-chomhghaol idir ionchur agus aschur an chórais Feidhm, is é rxx feidhm uath-chomhghaolaithe an chomhartha ionchuir. Toisc go bhfuil tréithe uath-chomhghaolaithe níos fearr ag an seicheamh MLS, is é sin, rxx(n) = δ(n)-1L + 1 . áit arb é L = 2m-1 fad an tseichimh, agus is é m ord na seicheamh bréige randamach. Is furasta a fheiceáil gurb é luach measta fheidhm freagartha ríge an aonaid chórais ^h(t) ná ^h(t) ≈ rxy (6) Is féidir le claochlú Fourier eile luach measta ^H(f) fheidhm aistrithe córais an chórais tomhais a fháil. Tar éis ^H (f) a fháil, dear an scagaire inbhéartach H-1( f) san fhearann ​​minicíochta mar Hpost( f) =^H( f)| ^H( f) | 2 + q( 7) nuair is gnáthuimhir é , Q, go ginearálta 1 % d'uasluach | ^H(f) | 2. Coinníoll insamhalta 1 Cuirtear an trasduchtóir tarchurtha agus an hidreafón i linn snámha anechoic ag doimhneacht chomhionann, is é 1 m an fad idir an dá cheann, agus is seicheamh MLS 16-ordú an comhartha tarchurtha. Úsáidtear modh 1 agus modh 2 chun an córas a aithint, faoi seach. Is iad na cóimheasa ná 10, 20 agus 30 dB. Déan measúnú ar na buntáistí agus na míbhuntáistí a bhaineann le torthaí aitheantais feidhm aistrithe an dá mhodh ag cóimheasa éagsúla comhartha-go-torann. San insamhalta, déantar insamhladh ar fheidhm freagartha impulse aonaid an chórais trí bhioga Gausacha a chur leis le minicíochtaí láir de 1, 2, 4 agus 8 kHz.

 

Taispeánann Figiúr 3 torthaí aitheantais fheidhm aistrithe an chórais tomhais faoi na coinníollacha thuas. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr gur féidir leis an dá mhodh aitheantais córais a thuairiscítear san Airteagal seo feidhm aistrithe an chórais tomhais a fháil go héifeachtach. Mar sin féin, tá ceanglais áirithe ag modh 1 ar an gcóimheas comhartha-go-torann. Nuair a bhíonn an cóimheas comhartha-go-torann níos mó ná 30 dB, is é an toradh aitheantais cruinn.Tá toradh aitheantais an chórais de mhodh 2 níos fearr ná an modh 1, agus is féidir torthaí aitheantais ard-chruinneas a fháil fós faoi choinníoll cóimheas íseal comhartha-go-torann. Tá sé seo toisc go bhfuil comhghaol beag ag an torann cúlra le comhartha excitation na foinse fuaime, agus mar sin tá cumas áirithe frith-torainn ag an modh seo. Seo a leanas anailís ar éifeachtacht an mhodha tomhais a thuairiscítear san Airteagal seo trí insamhalta agus ríomh uimhriúil.

 

1.2 Próiseáil sonraí breathnadóireachta

1) Faigh sonraí breathnóireachta. Taispeántar léaráid an phrionsabail tomhais braiteoir trasducer fuaime faoi uisce  i bhFíor 4. San fhigiúr, is é ri an cosán fuaime díreach, agus is é an fad ón hidreafón veicteoir go dtí an sampla ná d, is é an cosán fuaime frithchaite ná ri + 2d, is é re = rs + rr an cosán fuaime díraonta, is é rq an cosán fuaime frithchaite ag teorainn na linne, is é pi an fhuaim dhíreach, is é pr an fhuaim frithchaite, is é pe an t-imeall idirghabhála fuaime, is é pq an fhuaim idirghabhála ag an teorainn idirscartha

 

Cuir i gcás gurb é s(f) speictream comhartha excitation an trasducer tarchuir, agus go ndéantar neamhaird ar bhacainn shainiúil an mheáin. Gan ginearáltacht a chailliúint, is é P( f) = s( f) · 1 + Rs( f) e－jωτr+ D( f) e－jωτe + Rq( f) e－jωτq HPt( f)(s(f) f) f) e－jωτe + Rq( f) e－jωτq Hpt( f)(s(f) f) f) = Cos(s(f) f) f) an abairt fearainn minicíochta den chomhartha a fhaigheann an hidreafón veicteoir déthoiseach gan chailliúint ginearálta. e－jωτrcos( θr )+ D( f) e－jωτecos( θe) + Rq( f) e－jωτqcos( θq) Hvxt( f )Vy( f) = s( f) ·sin( θi)( rs(f) e －( ω r) + Rs(f) e） f) ejωτesin( θe) + Rq( f) e－jωτqsin( θq) Hvyt( f)(8) San fhoirmle, is é Rs(f) comhéifeacht frithchaitheamh fuaime an tsampla atá ag brath ar mhinicíocht tonn fuaime agus uillinn teagmhais, is é D(f) imeall an tsampla díraonta, comhéifeacht frithghníomhaithe an tsampla, Rq. Is iad τr, τe agus τq na moilleanna ama a bhaineann le fuaim frithchaite, fuaim díraonta imeall an tsampla, agus fuaim machnaimh teorann linne agus fuaim dhíreach, faoi seach. Is fuaim dhíreach, fuaim fhrithchaite iad θi, θr, θe agus θq, fuaim díraonta imeall an tsampla agus fuaim frithchaitheamh teorann linne, faoi seach Seasann uillinn ionsaithe na toinne fuaime, Hpt(f), Hvxt(f) agus Hvxt(f) faoi seach feidhm aistrithe gach cainéal tomhais den chóras tomhais.

 

2) An córas tomhais cúiteamh feidhm aistrithe. Méadaigh an scagaire inbhéartach deartha le speictream minicíochta na sonraí breathnadóireachta cainéil comhfhreagracha chun an comhartha cúitithe a fháil. ≈ s( f) · cos( θi) + Rs( f) e－jωτrcos( θr )+ D( f) e－jωτecos( θe) + Rq( f) e－jωτqcos( θq) Vypost( f(s) ≈ e－jωτrsin( θr)+ D( f) e－jωτesin( θe) + Rq( f) e－jωτqsin( θq)

 

Coinníoll ionsamhlúcháin 2 Abair gurb é doimhneacht an linne ná 10 m, gurb é 5 m an trasduchtóir seolta, an hidreafón veicteoireach agus doimhneacht uisce h an tsampla atá le tástáil. Is é an t-achar H ón trasduchtóir tarchurtha go dtí an sampla ná 15 m, is é 10 cm an t-achar d ón hidreafón veicteoir go dtí an sampla, is é an comhartha tarchurtha comhartha fuaimiúil Butterworth pulse, is é bandaleithead an chomhartha 500-10 kHz, agus an minicíocht samplála fs = 131 072 Hz agus cóimheas comhartha-go-30 dB. Glac an cainéal brú fuaime mar shampla chun éifeachtacht an chúitimh scagaire iar-inbhéartach a fhíorú. San insamhalta, is pláta alúmanaim é an sampla atá le tástáil le tiús 0.006 m agus méid geoiméadrach 1 m × 1 m. Insamhladh comhéifeacht díraonta imeall an tsampla le scagaire pas íseal.

Taispeánann Figiúr 5 éifeacht cúitimh scagaire iar-inbhéartach an chainéil brú fuaime. Léiríonn an figiúr go bhfuil an tonnform comhartha tar éis cúitimh níos rialta agus go réidh, rud a shochtadh go héifeachtach an saobhadh comhartha de bharr feidhm aistrithe an chórais tomhais agus cuidíonn sé deireadh a chur le trasnaíocht mar fhuaim díraonta imeall.

 

3) Fuaimeanna trasnaíochta a dhíchur. Ríomh an mhoill ama ar fhuaim frithchaite, fuaim díraonta samplach, agus fuaim machnaimh teorann linne de réir pharaiméadair imlonnaithe an chórais tomhais, agus déan trasfhoirmiú inbhéartach Fourier ar chothromóid (9) chun an comhartha fearainn ama a fháil, ansin cuir fuinneog leis an comhartha úsáideach a thascradh, agus déan claochlú Fourier Leaf, faighimid Pc( f) = s( f) [1 + Rs( fωτjr]

Vx c( f) = s( f) [cos( θi) + Rs( f) e－jωτrcos( θr)]

Vy c( f) = s( f) [sin( θi) + Rs( f) e－jωτrsin( θr)] áit a bhfuil Pc(f), Vxc(f) agus Vyc(f) faoi seach mar speictream comharthaí de gach cainéal. Scar an fhuaim dhíreach agus an fhuaim frithchaite, agus faigh comhéifeacht machnaimh fuaime an tsampla. Abair gurb é azimuth treorach an veicteoir hidreafóin ná ψ, agus is é treoluas ríomh na gcáithníní ilchodacha Vc ná Vc( f) = Vxc(f) cos( ψ) + Vyc( f) sin( ψ) (11) Ar dtús, pointe an t-azimuth treorach chuig an tarchuradóir Lig ψ = 0, agus déan (p + om) an comh-phróiseáil faigh an t-aschur comhphróiseála Ii mar Ii = [Pc(f) + Vc(f)] 2ψ = 0 = 4 (12) Cuir an t-azimuth treorach chuig an sampla arís, is é sin, lig ψ = π, agus déan próiseáil chomhpháirteach (p + vc) 2 chun an t-aschur comhphróiseála a fháil Ir = [Pc(f) + Vc = π = ( f) + Vc = π = π f) e－2jωτr］

 

2 Anailís earráide tomhais

Coinníoll insamhalta 3 Fanann paraiméadair an chórais tomhais gan athrú, is é an comhartha tarchurtha comhartha fuaimiúil bíogach Butterworth, agus is é bandaleithead an chomhartha 500 ~ 10 kHz. Gan éifeacht díraonta imeall an tsampla agus tionchar na fuaime machnaimh ag teorainn na linne a mheas, pléitear an cóimheas comhartha-go-torann. Nuair a bhíonn sé 20, 30 agus 40 dB, athraíonn an toradh tomhais le minicíocht. Taispeántar na torthaí tomhais agus na cuair earráide coibhneasta tomhais faoi chóimheasa éagsúla comhartha-go-torann. Is féidir a fheiceáil ón bhfigiúr go luíonn an earráid choibhneasta tomhais leis an ascalaithe minicíochta, agus go gcuireann an cóimheas comhartha-go-torann isteach go mór ar an mbanda minicíochta íseal; ina theannta sin, nuair a bhíonn an cóimheas comhartha-go-torann 20 dB, tá treocht athraithe an toradh tomhais mar an gcéanna leis an luach teoiriciúil, ach tá earráid níos mó ag an toradh tomhais; íseal Is é an earráid tomhais banna minicíochta mór toisc go bhfuil an comhéifeacht machnaimh fuaimiúil beag, agus is féidir le luaineachtaí beaga a bheith ina chúis le hearráidí coibhneasta móra. Sa tástáil iarbhír, chomh maith leis an gcóimheas comhartha-go-torann, beidh tionchar ag earráid socrúcháin an chórais tomhais ar na torthaí tomhais freisin. Déanann an insamhalta seo a leanas anailís ar thionchar earráid socrúcháin an chórais tomhais. Coinníoll insamhalta 4 Fanann paraiméadair an chórais tomhais gan athrú, beag beann ar chur isteach ar nós torann cúlra agus díraonadh imeall samplach. Is é an fad H ón bhfoinse fuaime go dtí an sampla ná 5, 10, agus 15 m, faoi seach. Déantar é a phlé nuair is é 10 an fad d ón hidreafón veicteora go dtí an sampla. An toradh tomhais ag % earráid. Tugtar na torthaí tomhais nuair a bhíonn an t-achar H ón trasducer tarchuradóra go dtí an sampla difriúil, agus tá earráid 10% ag an achar d ón hidreafón veicteoir go dtí an sampla. Léiríonn an figiúr nach bhfuil an toradh tomhais íogair d'earráid an achair idir an hidreafón veicteoir agus an sampla; H Níl na torthaí tomhais beagnach comhtharlaitheach ag an am céanna. Is féidir a fheiceáil, sa tástáil iarbhír, nach gá ach an H cuí a roghnú de réir mhéid geoiméadrach an linn tomhais. Coinníoll insamhalta 5 Níl aon athrú ar pharaiméadair an chórais tomhais, beag beann ar chur isteach ó thorann cúlra agus díraonadh imeall an tsampla. Is é an fad d ón hidreafón veicteoir go dtí an sampla ná 5, 10, agus 15 cm, faoi seach, agus is é 15 m an fad H ón trasducer tarchurtha go dtí an sampla, pléigh na torthaí tomhais nuair a bhíonn earráid 1% san achar H ón trasducer tarchuradóra chuig an sampla. Tugtar na torthaí tomhais nuair a bhíonn an fad d ón hidreafón veicteora go dtí an sampla difriúil, agus tá earráid 1% ag an achar H ón trasducer tarchurtha go dtí an sampla. Ón bhfigiúr, is féidir a fheiceáil go bhfuil an treocht chéanna ag an toradh tomhais agus an luach teoiriciúil le minicíocht, agus is airde an minicíocht, is airde an minicíocht. Tá an toradh níos cruinne, agus níl an modh tomhais seo íogair d'earráid an achair idir an hidreafón veicteoir agus an sampla.

3 Taighde turgnamhach agus próiseáil sonraí

 

Taispeántar léaráid bloc comhdhéanamh crua-earraí an chórais tomhais i bhFíor 11. Tá deireadh tirim agus deireadh fliuch sa chóras. Tá an deireadh tirim comhdhéanta go príomha de ghineadóir comhartha treallach, aimplitheoir cumhachta, ciorcad aeroiriúnaithe veicteora hidreafóin agus bailitheoir comhartha, etc., a úsáidtear chun comharthaí a ghiniúint, a tharchur agus a fháil. Tá an deireadh fliuch comhdhéanta den chuid is mó de thrasduchtóir tarchurtha, hidreafón veicteoir déthoiseach íseal-minicíochta agus sampla chun an sampla a thomhas. Cuirtear an foirceann fliuch i linn snámha anechoic le méid geoiméadrach 25 m × 15 m × 10 m, agus tá an t-ionad fuaime suite 5 m faoi uisce. Tá an linn snámha muffled ar sé thaobh, agus is é 2 kHz an teorainn ionsú fuaime níos ísle. Is é an sampla atá le tástáil ná pláta alúmanaim le méid geoiméadrach 1m × 1m × 0.006 m. Tá an tarchuradóir tarchuradóra ar fionraí ar imeall na feithicle os cionn an linn snámha, agus is é 4.95 m an fad H ón sampla. Socraítear an sampla ar an bhfeiste ardaithe agus rothlach, agus is féidir an sampla a rothlú ar uillinn le linn tomhais agus bogadh go réidh i dtrí thoise. Cuirtear an hidreafón veicteoireach ar thaobh tosaigh an tsampla, agus is é 5.5 cm an fad d ó dhromchla an tsampla. Is foinse fuaime sorcóireach é an trasducer tarchurtha, agus léiríonn Fíor 12 a cuar freagartha voltais tarchurtha.

 

Is féidir a fheiceáil ó Fíor 12 go bhfuil cumas radaíochta lag faoi bhun 2.5 kHz ag an trasduchtóir tarchuir. Is é 1 ~ 12 kHz an banna minicíochta éifeachtach oibre den hidreafón veicteoir déthoiseach íseal-minicíochta. Le linn imlonnaithe, díríonn an cainéal veicteoir Vy chuig an sampla atá le tástáil, agus díríonn Vx go balla na linne. Tarchuir ar dtús an seicheamh pseudo-randamach 16-ordú chun a aithint agus a thomhas.

 

Fíor 12 Cuar freagartha voltais tarchurtha an trasdaitheora tarchuir

 

Feidhm aistrithe córais, agus dearadh scagaire inbhéartach. Taispeánann Figiúr 13 torthaí aitheantais feidhm aistrithe an chórais tomhais. San fhíor, is iad hp(f), hvx(f) agus hvy(f) na luachanna tomhaiste d'fheidhm aistrithe an chainéil fhuaimbhrú, an chainéil veicteora Vx agus cainéal Vy an chórais tomhais faoi seach; Is iad hpinv(f), hvxinv(f) agus hvyinv(f) an fheidhm aistrithe scagaire inbhéarta deartha faoi seach.

Is féidir a fheiceáil ó Fíor 13 go bhfuil toradh aitheantais feidhm aistrithe cainéal veicteora Vx neamhbhailí. Is é an fáth atá leis seo ná go bhfuil 'pit' cainéal hidreafóin Vx an veicteora os comhair na foinse fuaime sa chás imscartha thuas, agus níl sa chomhartha a fhaigheann an cainéal seo ach an linn snámha. Léiríonn an balla an comhartha fuaimiúil, agus mar sin tá toradh aitheantais an chórais míchruinn. Coinnigh suíomh spásúil agus treoshuíomh an trasducer tarchuir agus an Trasduchtóir hidreafóin veicteoir gan athrú, cuir síos an sampla, agus tarchuir an comhartha fuaimiúil bíogach Butterworth le bandaleithead 500 go 12.5 kHz. Taispeánann Figiúr 14 na sonraí bunaidh agus na tonnta comhartha modhnaithe a fuair gach cainéal den hidreafón veicteoir. Is féidir a fheiceáil ó Fhíor 14 go n-éireoidh tonnform réimse ama an chomhartha tar éis ceartú an scagaire inbhéartach go rialta agus go bhfuil an fuinneamh níos comhchruinnithe. Ansin ríomh an mhoill ama ar an bhfuaim dhíreach agus an fhuaim díraonta fuaime frithchaite ó imeall an tsampla de réir pharaiméadair leagan amach spáis an chórais tomhais, agus cuir fuinneoga leis chun na sonraí úsáideacha a idircheapadh, agus ríomh comhéifeacht machnaimh fuaime gnáth an tsampla mar a thaispeántar i bhFíor 15.

Taispeánann Figiúr 15 na torthaí tomhais roimh agus tar éis cúiteamh. Is féidir a fheiceáil go bhfuil earráid mhór ag toradh tomhais feidhm aistrithe an chórais tomhais neamhchúitithe agus tá sé beagnach neamhbhailí. Tá an cruinneas tomhais feabhsaithe go mór tar éis an phróiseáil scagaire iar-inbhéartach. Nuair a bhíonn an minicíocht níos mó ná 2.5kHz, tá an earráid tomhais tar éis an ceartúcháin scagaire iar-inbhéartach beag, agus tá earráid mhór ag an toradh tomhais faoi bhun 2.5kHz. Is é an chúis atá leis ná go bhfuil cumas tarchurtha íseal-minicíochta an trasducer tarchurtha teoranta, agus tá comhpháirteanna íseal-minicíochta an chomhartha báite sa torann cúlra, agus mar sin tá an toradh tomhais bocht.

 

4 Conclúid

Molann an páipéar seo modh chun gnáth-chomhéifeacht machnaimh fuaime na n-ábhar fuaimiúil faoi uisce a thomhas bunaithe ar hidreafón veicteoir amháin. Beidh an modh seo pulse.The meascán de theicneolaíocht astaíochta impulse, teicneolaíocht próiseála comhartha veicteora agus teicneolaíocht scagaire iar-inbhéartach, tríd an teicneolaíocht scagaire iar-inbhéartach a fháil ar an hidreafón veicteoir.

 

Déantar sonraí a chúiteamh, cuirtear an saobhadh comhartha de bharr feidhm aistrithe an chórais tomhais faoi chois, agus déantar an fhuaim díraonta imeall agus multipath an tsampla a dhíchur san am fearainn. Feabhsaíonn trasnaíocht comhartha cruinneas tomhais. Déantar an prionsabal tomhais a asbhaint go teoiriciúil, déantar staidéar ar thionchar earráide an chórais tomhais trí ríomh uimhriúil agus insamhalta, agus déantar taighde turgnamhach. Léiríonn na torthaí ríomh agus insamhalta uimhriúil go bhfuil ceanglais áirithe ag an modh tomhais a thuairiscítear san Airteagal seo maidir leis an gcóimheas comhartha-go-torann; Imscaradh córas míchruinn agus neamhíogair. Léiríonn na torthaí turgnamhacha gur féidir leis an modh a thuairiscítear sa pháipéar seo a bhaint amach go héifeachtach an tomhas saor-réimse ar scála mór de ghnáth-chomhéifeacht machnaimh fuaime na n-ábhar fuaimiúil faoi uisce, ach mar gheall ar theorannú cumas radaíochta íseal-minicíochta an trasducer tarchurtha, tá an earráid tomhais íseal-minicíochta sách mór.