एकल वेक्टर हाइड्रोफोन के साथ पानी के नीचे ध्वनिक सामग्री के ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक की माप विधि

इसका उद्देश्य अवतल की ध्वनिक फोकल सीमा के आकार और ज्यामितीय स्थिति में परिवर्तन का अध्ययन करना है गोलाकार अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर जब ध्वनि की तीव्रता अधिक होती है और माध्यम में बड़ा क्षीणन होता है। भौतिक ध्वनिकी के परिप्रेक्ष्य से, ध्वनि फोकल रेंज पर उच्च ध्वनि तीव्रता के कारण गैर-रैखिकता और मीडिया क्षीणन के प्रभावों का विश्लेषण किया जाता है, और संख्यात्मक सिमुलेशन गणना करने के लिए इंटीग्रल के रैखिक सुपरपोजिशन एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है। सैद्धांतिक विश्लेषण और संख्यात्मक गणना दोनों से पता चलता है कि ध्वनि की तीव्रता और मध्यम क्षीणन में वृद्धि के साथ, ध्वनिक फोकल क्षेत्र की ज्यामितीय स्थिति में ट्रांसड्यूसर की दिशा में ध्वनिक अक्ष के साथ एक मिलीमीटर-स्तर की प्रगति होती है; उसी समय, ध्वनिक फोकल क्षेत्र का आकार धीरे-धीरे एक सममित लंबे दीर्घवृत्ताकार से 'मोटा सिर और पतली पूंछ' के साथ एक छोटे दीर्घवृत्ताकार में बदल गया।

 

उच्च ध्वनि तीव्रता और मध्यम क्षीणन का अवतल गोलाकार ट्रांसड्यूसर के ध्वनि फोकल क्षेत्र की स्थिति और आकार पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। एचआईएफयू उपकरण की सटीक स्थिति और खुराक नियंत्रण, निरीक्षण मानकों के निर्माण और यहां तक ​​कि नैदानिक ​​​​अनुप्रयोग पर पूरा ध्यान दिया जाना चाहिए।

 

मेरे देश ने उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड (उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड (एचआईएफयू) उपकरण) के विकास और नैदानिक ​​​​अनुप्रयोग में उल्लेखनीय सफलता हासिल की है। हालाँकि, वास्तव में उपकरण पर सटीक स्थिति और उपचार खुराक नियंत्रण प्राप्त करने के लिए, ताकि नैदानिक ​​​​उपचार आसपास के सामान्य ऊतकों को नुकसान पहुंचाए बिना घाव को प्रभावी ढंग से मारने का आदर्श प्रभाव प्राप्त कर सके, अभी भी कई सैद्धांतिक और तकनीकी मुद्दे हैं जिनका गहराई से अध्ययन और समाधान करने की आवश्यकता है। जैविक ऊतकों में एचआईएफयू की क्षति के गठन पर घरेलू और विदेशी प्रायोगिक अध्ययनों से पता चला है कि ध्वनि की तीव्रता में वृद्धि के साथ, फोकल ज़ोन की स्थिति आगे बढ़ती है और धीरे-धीरे एक लंबे दीर्घवृत्ताकार से 'टैडपोल आकार' या 'शंकु आकार' में बदल जाती है। हालाँकि हाल के वर्षों में, विदेशी साहित्य ने गैर-रेखीय ध्वनिक तरंग प्रसार समीकरण (KZK समीकरण) को संख्यात्मक रूप से हल करके उपरोक्त घटना के लिए कुछ गुणात्मक स्पष्टीकरण दिए हैं, लेकिन गणना प्रक्रिया जटिल है और गणना प्रक्रिया में भौतिक संबंध स्पष्ट नहीं है। इस कारण से, यह पेपर अवतल गोलाकार फोकसिंग ट्रांसड्यूसर को एक उदाहरण के रूप में लेता है, और ध्वनि फोकल रेंज पर उच्च ध्वनि तीव्रता के तहत माध्यम क्षीणन और गैर-रेखीय प्रसार विशेषताओं के प्रभाव का अध्ययन करके समस्या पर चर्चा करता है।

 

हमारे पिछले काम में, किरचॉफ विवर्तन इंटीग्रल के आधार पर, हमने सतह पर समान विकिरण के साथ एक अवतल गोलाकार फोकसिंग ट्रांसड्यूसर के साथ एक रैखिक ध्वनि क्षेत्र की स्थिति के तहत एकल-आवृत्ति ध्वनि क्षेत्र में किसी भी बिंदु पर ध्वनि दबाव की अभिव्यक्ति प्राप्त की है (जिसे रेले बिंदुओं के लिए भी कहा जाता है)।

 

गैररेखीय ध्वनिकी सिद्धांत के विश्लेषण से, जब ट्रांसड्यूसर की सतह से माध्यम में उत्सर्जित एकल-आवृत्ति साइन तरंग का ध्वनि दबाव काफी बड़ा होता है, तो इसे 'परिमित आयाम तरंग' कहा जाता है, जो माध्यम में एक निश्चित दूरी तक फैलता है (जिसे असंतत दूरी कहा जाता है)। ), तरंगरूप एक सॉटूथ तरंग में विकृत हो जाएगा, जिसे शॉक वेव के रूप में भी माना जा सकता है। मूल उत्सर्जन की मौलिक आवृत्ति के अलावा, इस तरंग के आवृत्ति स्पेक्ट्रम में उच्च हार्मोनिक्स की एक श्रृंखला भी शामिल है। वे ध्वनि तरंगों के प्रसार के दौरान मूल तरंग से ऊर्जा को लगातार अवशोषित करके धीरे-धीरे उत्पन्न होते हैं, यानी अल्ट्रासाउंड चिकित्सा में ऊतक हार्मोनिक्स। आयाम गुणांक का उपयोग प्रसार दूरी और प्रसार के दौरान ऊर्जा परिवर्तन के संबंध के साथ उच्च-क्रम हार्मोनिक्स के प्रसार का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है।

 

सॉटूथ तरंग एक दूरी बनाती है, इसलिए यह प्रसार दूरी को प्रतिबिंबित करने वाली एक आयामहीन मात्रा है। इसके आधार पर, हमने मौलिक तरंग और पहले 3 हार्मोनिक्स के आयाम गुणांक वक्र की गणना की है। जब ध्वनि तरंग माध्यम में फैलती है, तो ध्वनि का दबाव दूरी के साथ तेजी से घटता है, जिसे एक रूप में व्यक्त किया जा सकता है। सामान्य नरम ऊतकों के लिए, क्षीणन गुणांक टीएम लगभग आवृत्ति के समानुपाती होता है। गणना को सरल बनाने के लिए, यह लेख प्रत्येक हार्मोनिक घटक के क्षीणन गुणांक को व्यक्त करता है, जहां α प्रति इकाई दूरी पर जैविक ऊतकों में मौलिक आवृत्ति ध्वनि तरंग की ध्वनि क्षीणन प्रणाली है।

 

 

इसमें ध्वनि अवशोषण और ऊतक का बिखराव शामिल होना चाहिए। उपरोक्त दो कारकों (गैर-रैखिकता और क्षीणन) पर विचार करने के बाद, केंद्रित ध्वनि क्षेत्र में ध्वनि दबाव की अभिव्यक्ति को निम्नलिखित रूप में बढ़ाया जा सकता है: प्रत्येक हार्मोनिक की तरंग संख्या है। इस सूत्र को हम रेले इंटीग्रल का रैखिक सुपरपोजिशन एल्गोरिदम कहते हैं।

 

परिणाम:

 

1 ध्वनि फोकल रेंज पर मध्यम क्षीणन का प्रभाव। इस पेपर में प्रयुक्त इकाई अवतल गोलाकार ट्रांसड्यूसर के पैरामीटर हैं: वक्रता त्रिज्या आर = 15 सेमी, एपर्चर की त्रिज्या = 42 सेमी, कार्यशील आवृत्ति एफ = 1.7 मेगाहर्ट्ज। यह मानते हुए कि माध्यम सामान्य नरम ऊतक है, इसका क्षीणन गुणांक α 01-30dB स्टू (सेमी·एमजेड) की सीमा में है। ध्वनि वेग, घनत्व और माध्यम के अन्य पैरामीटर प्रासंगिक साहित्य के अनुसार लिए जाते हैं। एकल प्रभावशाली कारक के रूप में क्षीणन गुणांक का अध्ययन करने के लिए, विभिन्न α मानों के साथ ध्वनि फोकस डोमेन के परिवर्तन कानून के लिए केवल एक आवृत्ति, अर्थात् मौलिक आवृत्ति की गणना और विश्लेषण करने की आवश्यकता होती है। इस कारण से, सूत्र में, M=1 लेकर संख्यात्मक गणनाओं की एक श्रृंखला की गई। नतीजे बताते हैं कि क्षीणन में वृद्धि के साथ, यानी, जब α = 0.3, 13 और 23 डीबी स्टू (सेमी·मेगाहर्ट्ज), -6 डीबी ध्वनिक फोकल क्षेत्र का आकार धीरे-धीरे एक लंबे दीर्घवृत्त से एक छोटे दीर्घवृत्त में बदल जाता है, और इसकी लंबी धुरी 1 और छोटी धुरी होती है।

 

2. वे क्रमशः 111, 104 और 92 हैं। फोकल ज़ोन की स्थिति (ध्वनिक अक्ष पर स्थिति), बाद वाले दो ट्रांसड्यूसर के ध्वनिक अक्ष के साथ क्रमशः पूर्व से 30 मिमी और 65 मिमी आगे हैं। साथ ही, फोकल ज़ोन का सिर (ट्रांसड्यूसर के करीब वाला सिरा) उसकी पूंछ (ट्रांसड्यूसर से दूर वाला सिरा) की तुलना में अधिक 'मोटा' होता है।

 

2 ध्वनि फोकस रेंज पर उच्च ध्वनि तीव्रता के कारण गैर-रैखिकता का प्रभाव समान होता है, सतह विकिरण ध्वनि दबाव को एक कारक के रूप में माना जाता है, और इसके मान क्रमशः 44, 73, 4 एमपीए, और α = 3 डीबी स्टू (सेमी·मेगाहर्ट्ज) हैं। यह ध्यान में रखते हुए कि हार्मोनिक आवृत्ति में वृद्धि के साथ माध्यम का क्षीणन तेजी से बढ़ता है, हार्मोनिक्स की संख्या बहुत अधिक होने की आवश्यकता नहीं है। गणना परिणाम बताते हैं कि: जैसे-जैसे सतह विकिरण ध्वनि दबाव बढ़ता है, फोकल ज़ोन की स्थिति और आकार बदल जाता है, इसके विपरीत जब क्षीणन गुणांक बदलता है तो यह बहुत बड़ा होता है, लेकिन इसका बदलता नियम समान होता है। अर्थात्, बाद के दो फोकल क्षेत्रों की स्थिति क्रमशः 16 मिमी और 21 मिमी आगे बढ़ जाती है; 6dB फोकल क्षेत्र की लंबी और छोटी धुरी का अनुपात क्रमशः 119, 116 और 113 है, और फोकल क्षेत्र के शीर्ष में भी 'मोटा' होने की प्रवृत्ति होती है।

 

3 ध्वनि फोकल रेंज पर क्षीणन और गैर-रैखिकता का संयुक्त प्रभाव।

गणना के लिए उपरोक्त दोनों कारकों को एक साथ सूत्र (3) में शामिल किया गया है। चित्र 3(ए) और चित्र 3(बी) क्रमशः दर्शाते हैं कि α=3dB स्टू (सेमी·मेगाहर्ट्ज), P′ 0=44MPa और α=2.3dB स्टू (सेमी·मेगाहर्ट्ज), P′0=44MPa

एक ही समय में क्षीणन और गैर-रेखीय प्रभावों पर विचार करते समय, फोकल ज़ोन में आइसो-ध्वनि दबाव रेखा का समोच्च चित्र में गणना परिणाम होता है। दोनों की तुलना में, फोकल ज़ोन की स्थिति 8.4 मिमी आगे बढ़ गई है, और फोकल ज़ोन की प्रमुख और छोटी अक्षों का अनुपात 11.9 से 8.5 तक बदल गया है। यह दर्शाता है कि क्षीणन गुणांक और गैर-रैखिकता के कारण फोकल ज़ोन में परिवर्तन की प्रवृत्ति समान है, इसलिए समग्र प्रभाव मजबूत होता है।

 

 

निष्कर्ष के तौर पर

इस पेपर में सैद्धांतिक विश्लेषण और गणना परिणाम बताते हैं कि: उच्च ध्वनि तीव्रता और मध्यम क्षीणन का ध्वनि फोकल क्षेत्र के आकार और स्थिति पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है; माध्यम का क्षीणन गुणांक जितना अधिक होगा, ध्वनि की तीव्रता उतनी ही अधिक होगी (अर्थात, गैर-रैखिकता जितनी मजबूत होगी), और ध्वनि फोकस क्षेत्र ट्रांसड्यूसर के जितना करीब होगा; फ़ोकल क्षेत्र की लंबी और छोटी अक्षों का अनुपात भी छोटा हो जाता है, अर्थात, इसका आकार धीरे-धीरे लंबे दीर्घवृत्ताभ से छोटे दीर्घवृत्ताकार में बदल जाता है, और ध्वनि फ़ोकस क्षेत्र का सिर पूंछ की तुलना में 'मोटा' हो जाता है। घटना, आकार आमतौर पर 'गाजर' जैसा होता है। उपरोक्त निष्कर्ष HIFU ध्वनि क्षेत्र के ध्वनि फोकस क्षेत्र के परिवर्तन कानून का मात्रात्मक विश्लेषण करने के लिए एक आधार प्रदान करते हैं, और ध्वनि फोकस क्षेत्र और क्षति क्षेत्र के बीच संबंधों का आगे अध्ययन करते हैं।

 

के ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक का बड़ा नमूना माप विधि पानी के नीचे ध्वनिक सामग्रीएकल वेक्टर हाइड्रोफोन के साथ

 

पानी के भीतर ध्वनिक सामग्रियों के सामान्य ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक के फ्री-फील्ड ब्रॉडबैंड माप को महसूस करने के लिए, एक एकल वेक्टर हाइड्रोफोन का उपयोग माप प्रणाली के मुख्य उपकरण के रूप में किया जाता है, पल्स ध्वनिक उत्सर्जन प्रौद्योगिकी और पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टर सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीक के साथ संयुक्त, एकल वेक्टर हाइड्रोफोन पर आधारित एक एकल वेक्टर हाइड्रोफोन प्रस्तावित है। प्रत्यक्ष ध्वनि और परावर्तित ध्वनि के प्रभावी पृथक्करण का एहसास करने के लिए वेक्टर हाइड्रोफोन इलेक्ट्रॉनिक रोटेशन तकनीक के माध्यम से, पानी के नीचे ध्वनिक सामग्री के सामान्य ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक की फ्री-फील्ड ब्रॉडबैंड माप विधि। माप प्रणाली त्रुटि के प्रभाव और माप परिणाम पर प्राप्त सिग्नल के सिग्नल-टू-शोर अनुपात पर चर्चा की गई है। इस पद्धति में सिग्नल-टू-शोर अनुपात के लिए कुछ आवश्यकताएं हैं, लेकिन यह माप प्रणाली त्रुटि के प्रति संवेदनशील नहीं है। प्रयोगात्मक परीक्षण के परिणाम बताते हैं कि: पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टरिंग प्रसंस्करण के बिना प्रयोगात्मक परीक्षण के परिणामों की तुलना में, लेख में वर्णित विधि माप प्रदर्शन में काफी सुधार करती है, लेकिन ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर की कम आवृत्ति उत्सर्जन क्षमता द्वारा सीमित, प्रयोगात्मक परिणाम 2.5 kHz से ऊपर हैं और सैद्धांतिक मूल्य अच्छे समझौते में हैं।

 

ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो पानी के नीचे ध्वनिक सामग्री के ध्वनिक प्रदर्शन को दर्शाता है। वर्तमान में, पानी के नीचे ध्वनिक सामग्री के ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक की माप विधियों को मोटे तौर पर छोटे नमूना प्रयोगशाला ध्वनिक ट्यूब विधि और बड़े नमूना मुक्त क्षेत्र माप विधि में विभाजित किया जा सकता है। बड़े नमूने मुक्त क्षेत्र का माप आम तौर पर एक बड़े एनेकोइक पूल में किया जाता है। पूल सीमा की परावर्तित ध्वनि को अवशोषित करने के लिए पूल की सीमा पर मौन सामग्री बिछाने से, हाइड्रोफोन द्वारा प्राप्त संकेत केवल प्रत्यक्ष ध्वनि और नमूने की परावर्तित ध्वनि है। हालाँकि, एनीकोइक पूल की निचली सीमा की सीमा के कारण, कम-आवृत्ति मल्टीपाथ प्रभाव स्पष्ट है; इसके अलावा, मुक्त-क्षेत्र माप पद्धति ज्यादातर नमूने के किनारे विवर्तन प्रभाव से हस्तक्षेप करती है, और यह हस्तक्षेप विशेष रूप से कम-आवृत्ति बैंड में गंभीर है। उपरोक्त समस्याओं को हल करने के लिए, पानी के भीतर ध्वनिक सामग्रियों के ध्वनिक मापदंडों के मापन में आवेग ध्वनि परीक्षण तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह नियंत्रणीय तरंगों के साथ और विरूपण के बिना स्पंदित ध्वनिक संकेतों को प्रसारित करने की इसकी प्रमुख तकनीक है। हालाँकि, ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर का ट्रांसफर फ़ंक्शन सीमित माप स्थान में आवेग ध्वनि परीक्षण तकनीक की कम आवृत्ति को सीमित करता है। इस कारण से, विभिन्न प्रकार के मुआवजे के तरीके प्रस्तावित किए गए हैं, जैसे कि ली शुई एट अल द्वारा प्रस्तावित ब्रॉडबैंड पल्स सुपरपोजिशन विधि। यह विधि ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर के ट्रांसमिशन फ़ंक्शन की भरपाई करने के लिए ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर के उत्तेजना सिग्नल को प्रीप्रोसेस करने के लिए व्युत्क्रम फ़िल्टरिंग तकनीक का उपयोग करती है, ताकि ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर द्वारा उत्सर्जित सिग्नल एक आदर्श तेज पल्स हो, जो प्रभावी रूप से माप की निचली सीमा आवृत्ति को कम कर देता है।

 

उपरोक्त विधि से भिन्न, 'पोस्ट-इनवर्स फ़िल्टरिंग तकनीक' ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर की आवृत्ति प्रतिक्रिया की भरपाई के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए हाइड्रोफोन के प्राप्त छोर पर सिग्नल को संसाधित करती है। ध्वनि अवशोषण गुणांक के ब्रॉडबैंड माप को प्राप्त करने के लिए ध्वनिक ट्यूब में 'पोस्ट-इनवर्स फ़िल्टर तकनीक' को अपनाया जाता है पानी के नीचे ध्वनिक सामग्री . यह विधि पहले माप प्रणाली के स्थानांतरण फ़ंक्शन को प्राप्त करती है, फिर अवलोकन संकेत की क्षतिपूर्ति करती है, और अंत में क्षतिपूर्ति अवलोकन संकेत आयाम स्पेक्ट्रम को मानक नमूना प्रतिबिंब संकेत आयाम स्पेक्ट्रम के साथ विभाजित करके नमूने का ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक प्राप्त करती है, और आगे अवशोषण ध्वनि गुणांक की गणना करती है। हाल के वर्षों में, वेक्टर सेंसर को सतह प्रतिबाधा विधि और ध्वनि तीव्रता विधि जैसे वायुध्वनिक सामग्रियों के ध्वनिक मापदंडों के मापन के लिए सफलतापूर्वक लागू किया गया है। वेक्टर हाइड्रोफोन ध्वनि क्षेत्र की जानकारी को समकालिक रूप से और एक ही बिंदु पर उठा सकता है, जो पोस्ट-सिग्नल प्रसंस्करण स्थान का विस्तार करता है, और ध्वनि दबाव और कंपन वेग संकेतों का संयुक्त प्रसंस्करण एक निश्चित स्थानिक दिशा बना सकता है, जो नमूना किनारे की विवर्तन ध्वनि में हस्तक्षेप कर सकता है। दमन की एक निश्चित डिग्री के लिए, पारंपरिक बड़े ध्वनि दबाव प्राप्त करने वाले सरणी का उपयोग करना अनावश्यक है, जो माप प्रणाली की जटिलता को कम करता है। साथ ही, वेक्टर हाइड्रोफोन के ध्वनि दबाव और कंपन वेग के संयुक्त प्रसंस्करण की आउटपुट मुख्य अधिकतम दिशा को इलेक्ट्रॉनिक रोटेशन तकनीक के माध्यम से पूर्व निर्धारित दिशा में निर्देशित किया जा सकता है, जो प्रत्यक्ष ध्वनि और प्रतिबिंबित ध्वनि के प्रभावी छीलने की सुविधा प्रदान करता है। इसके अलावा, वेक्टर हाइड्रोफोन में अच्छी कम-आवृत्ति प्रत्यक्षता और आइसोट्रोपिक शोर के प्रतिरोध के फायदे भी हैं। इसलिए, पारंपरिक ध्वनि दबाव हाइड्रोफोन की तुलना में, किसी सामग्री के ध्वनि प्रतिबिंब गुणांक का परीक्षण करने के लिए वेक्टर हाइड्रोफोन का उपयोग करने के कुछ फायदे हैं। यह पेपर एक बड़े मुक्त-क्षेत्र नमूने के साथ पानी के नीचे ध्वनिक सामग्री के सामान्य ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक के लिए एक वाइड-बैंड माप विधि प्रस्तुत करता है। यह विधि माप प्रणाली के मुख्य उपकरण के रूप में एकल वेक्टर हाइड्रोफोन का उपयोग करती है, सिग्नल तरंग विरूपण को दबाने के लिए स्पंदित ध्वनिक उत्सर्जन प्रौद्योगिकी और पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टरिंग तकनीक को जोड़ती है, समय डोमेन में नमूना किनारे विवर्तन ध्वनि और बहु-पथ हस्तक्षेप ध्वनि को समाप्त करती है, और फिर वेक्टर हाइड्रोफोन की इलेक्ट्रॉनिक रोटेशन तकनीक को प्रत्यक्ष ध्वनि और परावर्तित ध्वनि के प्रभावी पृथक्करण का एहसास कराती है, और अंत में दोनों को विभाजित करके नमूने का सामान्य ध्वनि प्रतिबिंब गुणांक प्राप्त किया जाता है।

 

1 मापन प्रक्रिया

इस विधि के माप सिद्धांत को समझाने के लिए माप प्रक्रिया को समझाते हुए संबंधित सूत्र व्युत्पत्ति और सिमुलेशन परिणाम दिए गए हैं।

 

1.1 माप प्रणाली का स्थानांतरण फ़ंक्शन पहचान और व्युत्क्रम फ़िल्टर डिज़ाइन नमूने का परीक्षण करने से पहले, माप प्रणाली का स्थानांतरण फ़ंक्शन पहले प्राप्त किया जाना चाहिए। पारंपरिक ध्वनि दबाव हाइड्रोफोन से अलग, वेक्टर हाइड्रोफोन में एक ध्वनि दबाव चैनल और एक कंपन वेग चैनल शामिल होता है, इसलिए वेक्टर हाइड्रोफोन के प्रत्येक माप चैनल के स्थानांतरण फ़ंक्शन को एक ही समय में प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। माप के दौरान, आदर्श पल्स सिग्नल को ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर के माध्यम से जल माध्यम में विकिरणित किया जाता है, और फिर हाइड्रोकॉस्टिक चैनल के माध्यम से प्राप्त बिंदु तक प्रेषित किया जाता है, और अंत में वेक्टर हाइड्रोफोन द्वारा प्राप्त किया जाता है और कलेक्टर द्वारा एकत्र किया जाता है। इसलिए, माप प्रणाली को तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है, अर्थात् सिग्नल संचारण प्रणाली, पानी के नीचे ध्वनिक चैनल और सिग्नल प्राप्त करने वाली प्रणाली। ध्वनि दबाव चैनल को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, प्राप्त सिग्नल मॉडल चित्र 1 में दिखाया गया है।

चित्र 1 में, s(f) प्रेषित सिग्नल स्पेक्ट्रम है, T(f), Hp(f) और R(f) क्रमशः ट्रांसमिटिंग सिस्टम, ध्वनि दबाव हाइड्रोकॉस्टिक चैनल और सिग्नल प्राप्त करने वाली प्रणाली के स्थानांतरण कार्य हैं, और N(f) पृष्ठभूमि शोर स्पेक्ट्रम है, Y(f) माप प्रणाली का आउटपुट सिग्नल स्पेक्ट्रम है। पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टरिंग तकनीक में माप प्रणाली का स्थानांतरण फ़ंक्शन ज्ञात होने पर T(f) और R(f) की भरपाई के लिए एक व्युत्क्रम फ़िल्टर डिज़ाइन करना है। माप प्रणाली के स्थानांतरण फ़ंक्शन पहचान के मूल सिद्धांत को स्पष्ट करने के लिए ध्वनि दबाव चैनल को एक उदाहरण के रूप में लें। विधि 1 सिग्नल ट्रांसमिटिंग सिस्टम और सिग्नल प्राप्त करने वाले सिस्टम पर समग्र रूप से विचार करें, यानी, एच(एफ) = टी(एफ) + आर(एफ)। इनपुट सिग्नल x(t) है, सिस्टम आउटपुट सिग्नल y(t) है, बैकग्राउंड शोर n(t), Y(f) = H(f) गणना के बाद, H(f) का अनुमानित मान ^H(f) =Gxy(f)Gxx(f) (2) है जहां Gxy(f) सिस्टम के इनपुट सिग्नल और आउटपुट सिग्नल का क्रॉस-पावर स्पेक्ट्रम है, और Gxx( f) सिस्टम के इनपुट सिग्नल का सेल्फ-पावर स्पेक्ट्रम है।

 

उपरोक्त माप प्रणाली पहचान विधियों के अलावा, छद्म-यादृच्छिक अनुक्रम पहचान तकनीकों का भी उपयोग किया जा सकता है। विधि 2 मान लीजिए कि माप प्रणाली का इनपुट सिग्नल x(t) एक छद्म-यादृच्छिक अनुक्रम (MLS अनुक्रम) है, और सिस्टम का आउटपुट सिग्नल y(t) है। जाहिर है, y(t) = x(t) * h(t) (3) जहां, * का अर्थ है कनवल्शन, h(t) सिस्टम का इकाई आवेग प्रतिक्रिया फ़ंक्शन है। सिस्टम के इनपुट सिग्नल और आउटपुट सिग्नल के बीच सहसंबंध फ़ंक्शन की गणना करें, rxy = ∫x(τ) y(τ-t) dτ = h(t) * rxx(t) (4) जहां rxy सिस्टम फ़ंक्शन के इनपुट और आउटपुट के बीच क्रॉस-सहसंबंध है, rxx इनपुट सिग्नल का ऑटोसहसंबंध फ़ंक्शन है। क्योंकि एमएलएस अनुक्रम में बेहतर ऑटोसहसंबंध विशेषताएँ हैं, अर्थात, rxx(n) = δ(n)-1L + 1। जहां L = 2m-1 अनुक्रम लंबाई है, और m छद्म-यादृच्छिक अनुक्रम का क्रम है। यह देखना आसान है कि सिस्टम यूनिट आवेग प्रतिक्रिया फ़ंक्शन ^h(t) का अनुमानित मूल्य ^h(t) ≈ rxy है (6) इसके अलावा फूरियर रूपांतरण माप प्रणाली के सिस्टम ट्रांसफर फ़ंक्शन का अनुमानित मूल्य ^H(f) प्राप्त कर सकता है। ^H (f) प्राप्त करने के बाद, आवृत्ति डोमेन में व्युत्क्रम फ़िल्टर H-1( f) को Hpost( f) =^H( f)| के रूप में डिज़ाइन करें। ^एच(एफ) | 2 + क्यू(7) जहां, क्यू एक सामान्य संख्या है, आम तौर पर | के अधिकतम मूल्य का 1%। ^एच (एफ) | 2. सिमुलेशन स्थिति 1 ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर और हाइड्रोफोन को समान गहराई पर एक एनेकोइक पूल में रखा गया है, दोनों के बीच की दूरी 1 मीटर है, और ट्रांसमिटेड सिग्नल 16-ऑर्डर एमएलएस अनुक्रम है। सिस्टम की पहचान करने के लिए क्रमशः विधि 1 और विधि 2 का उपयोग किया जाता है। अनुपात 10, 20 और 30 डीबी हैं। अलग-अलग सिग्नल-टू-शोर अनुपात पर दो तरीकों के ट्रांसफर फ़ंक्शन पहचान परिणामों के पेशेवरों और विपक्षों का आकलन करें। सिमुलेशन में, सिस्टम की इकाई आवेग प्रतिक्रिया फ़ंक्शन को 1, 2, 4 और 8 किलोहर्ट्ज़ की केंद्र आवृत्तियों के साथ गाऊसी दालों को जोड़कर अनुकरण किया जाता है।

 

चित्र 3 उपरोक्त शर्तों के तहत माप प्रणाली के स्थानांतरण फ़ंक्शन के पहचान परिणाम दिखाता है। यह आंकड़े से देखा जा सकता है कि इस आलेख में वर्णित दो सिस्टम पहचान विधियां माप प्रणाली के हस्तांतरण फ़ंक्शन को प्रभावी ढंग से प्राप्त कर सकती हैं। हालाँकि, विधि 1 में सिग्नल-टू-शोर अनुपात पर कुछ आवश्यकताएँ हैं। जब सिग्नल-टू-शोर अनुपात 30 डीबी से अधिक होता है, तो पहचान परिणाम सटीक होता है। विधि 2 का सिस्टम पहचान परिणाम विधि 1 की तुलना में बेहतर होता है, और कम सिग्नल-टू-शोर अनुपात की स्थिति के तहत भी उच्च-सटीक पहचान परिणाम प्राप्त किए जा सकते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि पृष्ठभूमि शोर का ध्वनि स्रोत के उत्तेजना संकेत के साथ एक छोटा सा संबंध होता है, इसलिए इस विधि में एक निश्चित शोर-रोधी क्षमता होती है। सिमुलेशन और संख्यात्मक गणना के माध्यम से इस आलेख में वर्णित माप पद्धति की प्रभावशीलता का विश्लेषण निम्नलिखित है।

 

1.2 अवलोकन डेटा प्रोसेसिंग

1) अवलोकन डेटा प्राप्त करें। माप सिद्धांत आरेख पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर सेंसर  चित्र 4 में दिखाया गया है। चित्र में, ri प्रत्यक्ष ध्वनि पथ है, और वेक्टर हाइड्रोफोन से नमूने तक की दूरी d है, परावर्तित ध्वनि पथ ri + 2d है, re = rs + rr विवर्तित ध्वनि पथ है, rq पूल सीमा पर परावर्तित ध्वनि पथ है, pi प्रत्यक्ष ध्वनि है, pr परावर्तित ध्वनि है, pe नमूने के किनारे पर विवर्तित ध्वनि है, pq यह एक बहु-मार्गीय हस्तक्षेप है ध्वनि.

 

मान लीजिए कि ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर का उत्तेजना सिग्नल स्पेक्ट्रम एस (एफ) है, और माध्यम की विशेषता प्रतिबाधा को नजरअंदाज कर दिया गया है। व्यापकता के नुकसान के बिना, द्वि-आयामी वेक्टर हाइड्रोफोन द्वारा प्राप्त सिग्नल की आवृत्ति डोमेन अभिव्यक्ति P( f) = s( f) · 1 + Rs( f) e－jωτr+ D( f) e－jωτe + Rq( f) e－jωτq Hpt( f)Vx( f) = s( f) · cos( θi) + Rs( f) है e－jωτrcos( θr )+ D( f) e－jωτecos( θe) + Rq( f) e－jωτqcos( θq) Hvxt( f )Vy( f) = s( f) ·sin( θi) + Rs( f) e－jωτrsin( θr )+ D( f) e－jωτesin( θe) + Rq( f) e－jωτqsin( θq) Hvyt( f)(8) सूत्र में, Rs(f) नमूना का ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक है जो ध्वनि तरंग आवृत्ति और घटना कोण पर निर्भर करता है, D(f) नमूना किनारे विवर्तन गुणांक है, Rq(f) पूल सीमा प्रतिबिंब गुणांक है, τr, τe और τq क्रमशः परावर्तित ध्वनि, नमूना किनारे विवर्तन ध्वनि, और पूल सीमा परावर्तन ध्वनि और प्रत्यक्ष ध्वनि का समय विलंब है। θi, θr, θe और θq क्रमशः प्रत्यक्ष ध्वनि, प्रतिबिंबित ध्वनि, नमूना किनारे विवर्तन ध्वनि और पूल सीमा प्रतिबिंब ध्वनि हैं। ध्वनि तरंग का घटना कोण, Hpt(f), Hvxt(f) और Hvxt(f) क्रमशः माप प्रणाली के प्रत्येक माप चैनल के स्थानांतरण फ़ंक्शन का प्रतिनिधित्व करते हैं।

 

2) माप प्रणाली स्थानांतरण फ़ंक्शन मुआवजा। क्षतिपूर्ति संकेत प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किए गए व्युत्क्रम फ़िल्टर को संबंधित चैनल अवलोकन डेटा की आवृत्ति स्पेक्ट्रम के साथ गुणा करें। आवृत्ति स्पेक्ट्रम Ppost(f), Vxpost(f) और Vypost(f) Ppost(f) ≈ s(f)·1 + Rs(f) e－jωτr+ D(f) e－jωτe + Rq(f) e－jωτq Vxpost( f) हैं ≈ s( f) · cos( θi) + रुपये( f) e－jωτrcos( θr )+ D( f) e－jωτecos( θe) + Rq( f) e－jωτqcos( θq) Vypost( f ) ≈ s( f) ·sin( θi) + रुपये( f) e－jωτrsin( θr )+ D( f) e－jωτesin( θe) + Rq( f) e－jωτqsin( θq)

 

सिमुलेशन स्थिति 2 मान लीजिए कि पूल की गहराई 10 मीटर है, लॉन्चिंग ट्रांसड्यूसर, वेक्टर हाइड्रोफोन और परीक्षण किए जाने वाले नमूने की पानी की गहराई एच 5 मीटर है। ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर से सैंपल तक की दूरी H 15 मीटर है, वेक्टर हाइड्रोफोन से सैंपल तक की दूरी d 10 सेमी है, ट्रांसमिटिंग सिग्नल बटरवर्थ पल्स ध्वनिक सिग्नल है, सिग्नल बैंडविड्थ 500-10 kHz है, और सैंपलिंग फ्रीक्वेंसी fs = 131 072 Hz और सिग्नल-टू-शोर अनुपात 30 dB है। पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टर मुआवजे की प्रभावशीलता को सत्यापित करने के लिए ध्वनि दबाव चैनल को एक उदाहरण के रूप में लें। सिमुलेशन में, परीक्षण किया जाने वाला नमूना एक एल्यूमीनियम प्लेट है जिसकी मोटाई 0.006 मीटर और ज्यामितीय आकार 1 मीटर×1 मीटर है। नमूने के किनारे विवर्तन गुणांक को कम-पास फ़िल्टर के साथ सिम्युलेटेड किया गया है।

चित्र 5 ध्वनि दबाव चैनल के पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टर के क्षतिपूर्ति प्रभाव को दर्शाता है। चित्र से पता चलता है कि मुआवजे के बाद सिग्नल तरंग अधिक नियमित और चिकनी होती है, जो माप प्रणाली के स्थानांतरण फ़ंक्शन के कारण होने वाले सिग्नल विरूपण को प्रभावी ढंग से दबा देती है और किनारे विवर्तन ध्वनि जैसे हस्तक्षेप को खत्म करने में मदद करती है।

 

3) हस्तक्षेप ध्वनियों को हटा दें। माप प्रणाली परिनियोजन मापदंडों के अनुसार परावर्तित ध्वनि, नमूना विवर्तन ध्वनि और पूल सीमा प्रतिबिंब ध्वनि के समय विलंब की गणना करें, और समय डोमेन सिग्नल प्राप्त करने के लिए समीकरण (9) का व्युत्क्रम फूरियर रूपांतरण करें, फिर उपयोगी सिग्नल को रोकने के लिए एक विंडो जोड़ें, और फूरियर लीफ रूपांतरण करें, हमें पीसी (एफ) = एस (एफ) [1 + रुपये (एफ) ई－jωτr] मिलता है।

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

Vy c( f) = s( f) [sin( θi) + Rs( f) e－jωτrsin( θr)] जहां Pc(f), Vxc(f) और Vyc(f) क्रमशः प्रत्येक चैनल के सिग्नल स्पेक्ट्रम हैं। प्रत्यक्ष ध्वनि और परावर्तित ध्वनि को अलग करें, और नमूने का ध्वनि परावर्तन गुणांक प्राप्त करें। मान लीजिए कि वेक्टर हाइड्रोफोन का मार्गदर्शक अज़ीमुथ ψ है, और परिकलित मिश्रित कण वेग Vc Vc( f) = Vxc( f) cos( ψ) + Vyc( f) पाप( ψ) है (11) सबसे पहले, मार्गदर्शक अज़ीमुथ को ट्रांसमीटर पर इंगित करें मान लीजिए ψ = 0, और (p + vc) 2 संयुक्त प्रसंस्करण करें, सामान्य शब्द s( f) को छोड़ दें, और जोड़ प्राप्त करें प्रसंस्करण आउटपुट Ii को Ii = [Pc( f) + Vc( f)] 2ψ = 0 = 4 (12) के रूप में मार्गदर्शक अज़ीमुथ को फिर से नमूने पर इंगित करें, यानी, ψ = π दें, और संयुक्त प्रसंस्करण आउटपुट प्राप्त करने के लिए (p + vc) 2 का संयुक्त प्रसंस्करण करें Ir = [Pc( f) + Vc( f)] 2ψ = π = 4 ［R2s( f) e－2jωτr］

 

2 मापन त्रुटि विश्लेषण

सिमुलेशन स्थिति 3 माप प्रणाली पैरामीटर अपरिवर्तित रहते हैं, प्रेषित सिग्नल एक बटरवर्थ स्पंदित ध्वनिक सिग्नल है, और सिग्नल बैंडविड्थ 500 ~ 10 kHz है। नमूना किनारे के विवर्तन प्रभाव और पूल सीमा पर प्रतिबिंब ध्वनि के प्रभाव पर विचार किए बिना, सिग्नल-टू-शोर अनुपात पर चर्चा की जाती है। जब यह 20, 30 और 40 डीबी होता है, तो माप परिणाम आवृत्ति के साथ बदलता है। विभिन्न सिग्नल-टू-शोर अनुपात के तहत माप परिणाम और माप सापेक्ष त्रुटि वक्र दिखाए जाते हैं। यह चित्र से देखा जा सकता है कि माप सापेक्ष त्रुटि आवृत्ति दोलन के साथ क्षीण हो जाती है, और कम आवृत्ति बैंड सिग्नल-टू-शोर अनुपात से बहुत प्रभावित होता है; इसके अलावा, जब सिग्नल-टू-शोर अनुपात 20 डीबी होता है, तो माप परिणाम की परिवर्तन प्रवृत्ति सैद्धांतिक मूल्य के समान होती है, लेकिन माप परिणाम में एक बड़ी त्रुटि होती है; कम बड़ी आवृत्ति बैंड माप त्रुटि इसलिए है क्योंकि ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक छोटा है, और छोटे उतार-चढ़ाव बड़ी सापेक्ष त्रुटियों का कारण बन सकते हैं। वास्तविक परीक्षण में, सिग्नल-टू-शोर अनुपात के अलावा, माप प्रणाली प्लेसमेंट त्रुटि का भी माप परिणामों पर प्रभाव पड़ेगा। निम्नलिखित सिमुलेशन माप प्रणाली प्लेसमेंट त्रुटि के प्रभाव का विश्लेषण करता है। सिमुलेशन स्थिति 4 पृष्ठभूमि शोर और नमूना किनारे विवर्तन जैसे हस्तक्षेप की परवाह किए बिना, माप प्रणाली के पैरामीटर अपरिवर्तित रहते हैं। ध्वनि स्रोत से नमूने तक की दूरी H क्रमशः 5, 10 और 15 मीटर है। इसकी चर्चा तब की जाती है जब वेक्टर हाइड्रोफोन से नमूने की दूरी d 10 होती है माप परिणाम% त्रुटि पर होता है। माप परिणाम तब दिए जाते हैं जब ट्रांसमीटर ट्रांसड्यूसर से नमूने तक की दूरी H भिन्न होती है, और वेक्टर हाइड्रोफोन से नमूने तक की दूरी d में 10% त्रुटि होती है। चित्र से पता चलता है कि माप परिणाम वेक्टर हाइड्रोफोन और नमूने के बीच की दूरी की त्रुटि के प्रति संवेदनशील नहीं है; एच माप परिणाम एक ही समय में लगभग मेल नहीं खाते। यह देखा जा सकता है कि वास्तविक परीक्षण में, मापने वाले पूल के ज्यामितीय आकार के अनुसार उपयुक्त एच का चयन करना आवश्यक है। सिमुलेशन स्थिति 5 पृष्ठभूमि शोर और नमूना किनारे विवर्तन के हस्तक्षेप की परवाह किए बिना, माप प्रणाली पैरामीटर अपरिवर्तित रहते हैं। वेक्टर हाइड्रोफोन से नमूने की दूरी d क्रमशः 5, 10, और 15 सेमी है, और ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर से नमूने की दूरी H 15 मीटर है, ट्रांसमीटर ट्रांसड्यूसर से नमूने की दूरी H में 1% त्रुटि होने पर माप परिणामों पर चर्चा करें। माप परिणाम तब दिए जाते हैं जब वेक्टर हाइड्रोफोन से नमूने तक की दूरी d भिन्न होती है, और ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर से नमूने तक की दूरी H में 1% त्रुटि होती है। चित्र से, यह देखा जा सकता है कि माप परिणाम और सैद्धांतिक मूल्य में आवृत्ति के साथ समान प्रवृत्ति होती है, और आवृत्ति जितनी अधिक होगी, आवृत्ति उतनी ही अधिक होगी। परिणाम अधिक सटीक है, और यह माप विधि वेक्टर हाइड्रोफोन और नमूने के बीच की दूरी की त्रुटि के प्रति संवेदनशील नहीं है।

3 प्रायोगिक अनुसंधान और डेटा प्रोसेसिंग

 

माप प्रणाली का हार्डवेयर संरचना ब्लॉक आरेख चित्र 11 में दिखाया गया है। सिस्टम में एक सूखा सिरा और एक गीला सिरा होता है। ड्राई एंड मुख्य रूप से मनमाना सिग्नल जनरेटर, पावर एम्पलीफायर, वेक्टर हाइड्रोफोन कंडीशनिंग सर्किट और सिग्नल कलेक्टर इत्यादि से बना है, जिनका उपयोग सिग्नल पीढ़ी, ट्रांसमिशन और अधिग्रहण के लिए किया जाता है। गीला सिरा मुख्य रूप से एक ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर, एक कम आवृत्ति वाले दो-आयामी वेक्टर हाइड्रोफोन और नमूने को मापने के लिए एक नमूने से बना होता है। गीले सिरे को 25 मीटर × 15 मीटर × 10 मीटर के ज्यामितीय आकार के साथ एक एनेकोइक पूल में रखा गया है, और ध्वनि केंद्र 5 मीटर पानी के नीचे स्थित है। पूल छह तरफ से मफ़ल्ड है, और ध्वनि अवशोषण की निचली सीमा 2 kHz है। परीक्षण किया जाने वाला नमूना एक एल्यूमीनियम प्लेट है जिसका ज्यामितीय आकार 1m×1m×0.006 मीटर है। ट्रांसमीटर ट्रांसड्यूसर को पूल के ऊपर वाहन के किनारे पर निलंबित कर दिया गया है, और नमूने से दूरी एच 4.95 मीटर है। नमूना उठाने और घूमने वाले उपकरण पर तय किया गया है, और माप के दौरान नमूने को एक कोण पर घुमाया जा सकता है और तीन आयामों में आसानी से ले जाया जा सकता है। वेक्टर हाइड्रोफोन को नमूने के सामने के छोर पर रखा गया है, और नमूने की सतह से दूरी d 5.5 सेमी है। ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर एक बेलनाकार ध्वनि स्रोत है, और चित्र 12 इसके ट्रांसमिशन वोल्टेज प्रतिक्रिया वक्र को दर्शाता है।

 

चित्र 12 से यह देखा जा सकता है कि ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर की विकिरण क्षमता 2.5 kHz से कम है। कम आवृत्ति वाले द्वि-आयामी वेक्टर हाइड्रोफोन का प्रभावी कार्य आवृत्ति बैंड 1 ~ 12 kHz है। परिनियोजन के दौरान, वेक्टर Vy चैनल परीक्षण किए जाने वाले नमूने की ओर इंगित करता है, और Vx पूल की दीवार की ओर इंगित करता है। पहचानने और मापने के लिए पहले 16-क्रम छद्म-यादृच्छिक अनुक्रम प्रसारित करें।

 

चित्र 12 ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर का ट्रांसमिटिंग वोल्टेज प्रतिक्रिया वक्र

 

सिस्टम ट्रांसफर फ़ंक्शन, और उलटा फ़िल्टर डिज़ाइन करें। चित्र 13 माप प्रणाली के स्थानांतरण फ़ंक्शन पहचान परिणाम दिखाता है। चित्र में, hp(f), hvx(f) और hvy(f) क्रमशः माप प्रणाली के ध्वनि दबाव चैनल, वेक्टर Vx चैनल और Vy चैनल के स्थानांतरण फ़ंक्शन के मापा मूल्य हैं; hpinv(f), hvxinv(f) और hvyinv(f) क्रमशः डिज़ाइन किए गए व्युत्क्रम फ़िल्टर स्थानांतरण फ़ंक्शन हैं।

चित्र 13 से देखा जा सकता है कि वेक्टर वीएक्स चैनल ट्रांसफर फ़ंक्शन पहचान परिणाम अमान्य है। ऐसा इसलिए है क्योंकि उपरोक्त परिनियोजन स्थिति में, वेक्टर हाइड्रोफोन Vx चैनल का 'पिट' ध्वनि स्रोत का सामना कर रहा है, और इस चैनल द्वारा प्राप्त सिग्नल केवल पूल है। दीवार ध्वनिक संकेत को प्रतिबिंबित करती है, इसलिए सिस्टम पहचान परिणाम गलत है। ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर और की स्थानिक स्थिति और अभिविन्यास बनाए रखें वेक्टर हाइड्रोफोन ट्रांसड्यूसर अपरिवर्तित, नमूना नीचे रखें, और 500 से 12.5 kHz की बैंडविड्थ के साथ बटरवर्थ स्पंदित ध्वनिक संकेत प्रसारित करें। चित्र 14 वेक्टर हाइड्रोफोन के प्रत्येक चैनल द्वारा प्राप्त मूल डेटा और संशोधित सिग्नल तरंगों को दर्शाता है। चित्र 14 से यह देखा जा सकता है कि व्युत्क्रम फिल्टर सुधार के बाद सिग्नल का टाइम-डोमेन तरंग नियमित हो जाता है और ऊर्जा अधिक केंद्रित होती है। फिर माप प्रणाली के स्थानिक लेआउट मापदंडों के अनुसार नमूना किनारे से प्रत्यक्ष ध्वनि और परावर्तित ध्वनि विवर्तन ध्वनि के समय विलंब की गणना करें, और उपयोगी डेटा को इंटरसेप्ट करने के लिए विंडो जोड़ें, और नमूने के सामान्य ध्वनि प्रतिबिंब गुणांक की गणना करें जैसा कि चित्र 15 में दिखाया गया है।

चित्र 15 मुआवजे से पहले और बाद में माप परिणाम दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि अप्रतिपूर्ति माप प्रणाली के स्थानांतरण फ़ंक्शन के माप परिणाम में बड़ी त्रुटि है और यह लगभग अमान्य है। पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टर प्रसंस्करण के बाद माप सटीकता में काफी सुधार हुआ है। जब आवृत्ति 2.5kHz से अधिक होती है, तो पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टर सुधार के बाद माप त्रुटि छोटी होती है, और 2.5kHz से नीचे के माप परिणाम में एक बड़ी त्रुटि होती है। इसका कारण यह है कि ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर की कम-आवृत्ति ट्रांसमिशन क्षमता सीमित है, और सिग्नल के कम-आवृत्ति घटक पृष्ठभूमि शोर में डूबे हुए हैं, इसलिए माप परिणाम खराब है।

 

4 निष्कर्ष

यह पेपर एकल वेक्टर हाइड्रोफोन के आधार पर पानी के नीचे ध्वनिक सामग्रियों के सामान्य ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक को मापने के लिए एक विधि का प्रस्ताव करता है। यह विधि पल्स करेगी। वेक्टर हाइड्रोफोन प्राप्त करने के लिए पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टर तकनीक के माध्यम से आवेग उत्सर्जन प्रौद्योगिकी, वेक्टर सिग्नल प्रोसेसिंग तकनीक और पोस्ट-व्युत्क्रम फ़िल्टर तकनीक का संयोजन।

 

डेटा की भरपाई की जाती है, माप प्रणाली के स्थानांतरण फ़ंक्शन के कारण होने वाले सिग्नल विरूपण को दबा दिया जाता है, और समय डोमेन में किनारे विवर्तन ध्वनि और नमूने के मल्टीपाथ को समाप्त कर दिया जाता है। सिग्नल हस्तक्षेप माप सटीकता में सुधार करता है। माप सिद्धांत सैद्धांतिक रूप से निकाला जाता है, माप प्रणाली त्रुटि के प्रभाव का संख्यात्मक गणना और सिमुलेशन के माध्यम से अध्ययन किया जाता है, और प्रयोगात्मक अनुसंधान किया जाता है। संख्यात्मक गणना और सिमुलेशन परिणाम बताते हैं कि इस लेख में वर्णित माप पद्धति में सिग्नल-टू-शोर अनुपात के लिए कुछ आवश्यकताएं हैं; ग़लत और असंवेदनशील सिस्टम परिनियोजन. प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि इस पेपर में वर्णित विधि पानी के भीतर ध्वनिक सामग्रियों के सामान्य ध्वनिक प्रतिबिंब गुणांक के मुक्त-क्षेत्र बड़े पैमाने पर माप को प्रभावी ढंग से महसूस कर सकती है, लेकिन ट्रांसमिटिंग ट्रांसड्यूसर की कम-आवृत्ति विकिरण क्षमता की सीमा के कारण, कम-आवृत्ति माप त्रुटि अपेक्षाकृत बड़ी है।