相控线阵声波测井辐射器物理模拟实验波形分析

以声波波形的两个最基本的特征振幅和频率为研究对象,分析了相控线阵声波测井辐射器做发射器时在模型井内测量的全波列波形,并考察了相控线阵的相邻阵元间激励信号的延迟时间、阵元个数等因素对测井波形的影响.实验结果表明,随着相邻阵元间激励信号延迟时间的增加,相控线阵的辐射声束指向角不断变大,先后满足滑行纵波临界折射和滑行横波临界折射条件,使充液井孔中的滑行纵波、滑行横波和斯通利波分别得到加强.随着相邻阵元间激励延迟时间的增加,纵、横波的主频值发生漂移,当满足滑行纵(横)波临界折射条件时,纵(横)波波包的主频值最高,幅度值最大.随着相控线阵工作阵元个数的增加,在近似满足同相位叠加时,纵、横波振幅得到明显的加强.     

用二维谱技术研究相控线阵声波辐射器在充液井孔中产生的声场

采用二维谱技术对充液井孔中的相控线阵声波辐射器的辐射特性及其产生的声场进行了数值研究. 结果表明， 在频率波数域中可以清楚地把在时间空间域中难以分开的模式分辨开来. 相控线阵声波辐射器的阵元个数、阵元高度以及相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和辐射声束的偏转角. 增大井孔中的相控线阵声波辐射器的相邻阵元间的激励信号的延迟时间，可以使相控线阵辐射的声束入射于井壁上的指向角不断变大，先后满足滑行纵波临界折射和滑行横波临界折射条件，从而使充液井孔中的滑行纵波和滑行横波分别得到加强. 在井孔中采用相控阵声波辐射器可以提高声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

相控线阵声波辐射器阵元个数对充液井孔中各种模式波的影响

利用有限元数值模拟研究了由点源组成的相控线阵声波测井辐射器对充液井孔中各种波动模式波的影响，重点分析了阵元个数对各种波动模式波响应幅度的影响。结果表明，随着阵元间延迟时间的增加，声束偏转角逐渐增加。控制声束偏转角分别满足相控线阵辐射声束在纵、横波临界角位置入射时，随相控线阵阵元个数增加，折射纵、横波响应幅度呈正比增加；在非临界角入射时，阵元个数的增加对折射纵、横波能量的增强效果不明显。当阵元个数不变时，随声束偏转角的增加，纵、横波声压值也开始逐渐增加，且在偏转角分别等于第一或第二临界角时达到最大；若偏转角再继续增加，声压值又会逐渐减弱。     

相控线阵声波辐射器阵元个数对充液井孔中各种模式波的影响

利用有限元数值模拟研究了由点源组成的相控线阵声波测井辐射器对充液井孔中各种波动模式波的影响,重点分析了阵元个数对各种波动模式波响应幅度的影响.结果表明,随着阵元间延迟时间的增加,声束偏转角逐渐增加.控制声束偏转角分别满足相控线阵辐射声束在纵、横波临界角位置入射时,随相控线阵阵元个数增加,折射纵、横波响应幅度呈正比增加;在非临界角入射时,阵元个数的增加对折射纵、横波能量的增强效果不明显.当阵元个数不变时,随声束偏转角的增加,纵、横波声压值也开始逐渐增加,且在偏转角分别等于第一或第二临界角时达到最大;若偏转角再继续增加,声压值又会逐渐减弱.     

向井外地层中扫描辐射声场的数值模拟

应用实轴积分方法研究了实现由充液井孔中的相控线阵声波辐射器向井外地层中扫描辐射声场的方法. 研究表明, 通过改变井孔中的相控线阵声波辐射器的阵元个数、相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和入射于井壁的入射角. 当辐射器产生的声束以小于第一临界角的偏转角入射到井壁上后, 在井外地层中产生的纵波的偏转角近似满足平面波入射于平面界面时的折射定律. 当井孔中的相控线阵的辐射声束角宽较小, 且声束偏转角小于第一临界角时, 可以假设将相控线阵置于无井孔的均匀固体中, 利用固体中相控线阵的指向性函数直接计算井外声场的空间分布. 向井外地层中扫描辐射声场技术可以用于提高反射声波测井和井间声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

向套管井外地层中定向辐射声场的数值计算

针对过套管探测地层构造的工程需要,用实轴积分法研究套管井不同胶结状况下相控线阵声源在套管井外地层中激发的纵波声场.结果表明:在套管井胶结差时透射到地层中的能量减小,但在套管井任意胶结状况下,通过改变井孔中相控线阵相邻阵元间激励信号的延迟时间均可以控制井外地层中辐射声束的角宽和偏转方向,使声波沿着预先没定好的方向辐射;与单个点声源激发的声场相比,在声束主瓣角偏转方向,地层的纵波幅度得到了明显增强,这可从根本上增加来自套管井外地层声阻抗不连续界面的反射波能量,提高信噪比和探测能力;利用相控线阵声源向井外地层中定向扫描辐射声场的技术可提高对套管井外复杂地质构造的识别能力.     

相控线阵声波测井辐射器驱动信号源的设计与测试

介绍了相控线阵声波测井辐射器的工作原理，根据辐射器各个阵元的性能参数设计了两种供实验使用的激励信号源，即5通道Burst信号源和4通道脉冲信号源。Burst信号源输出电压峰值连续可调（6～30V），相邻通道之间的延迟时间可调（0～22μs），步长为1μs，输出频率可根据换能器的频带在10-250kHz选择。脉冲信号源输出电压幅度连续可调（50～150V），延迟时间为0～7vs可调，步长为0.25μs,脉冲宽度为1～4μs。利用这两种信号源可以对相控线阵声波辐射器进行相位和幅度加权控制。在实验室内对这两种信号源进行了性能测试，结果表明，两个信号源均能满足实验要求。     

相控线阵声波测井辐射器驱动信号源的设计与测试

介绍了相控线阵声波测井辐射器的工作原理,根据辐射器各个阵元的性能参数设计了两种供实验使用的激励信号源,即5通道Burst信号源和4通道脉冲信号源。Burst信号源输出电压峰值连续可调(6~30 V),相邻通道之间的延迟时间可调(0~22μs),步长为1μs,输出频率可根据换能器的频带在10~250 kHz选择。脉冲信号源输出电压幅度连续可调(50~150 V),延迟时间为0~7μs可调,步长为0.25μs,脉冲宽度为1~4μs。利用这两种信号源可以对相控线阵声波辐射器进行相位和幅度加权控制。在实验室内对这两种信号源进行了性能测试,结果表明,两个信号源均能满足实验要求。     

均匀介质包围的固体圆柱中的临界折射纵横波

本文对各向同性弹性固体地层包围的固体圆柱中点源激发的声波场中临界折射波进行了理论求解和证明。数值分析了在不同参数条件下与柱外介质纵、横波支点对应的临界折射纵、横波的激发特性和衰减特性。同时又计算了纵、横波支点割线积分对应的时域波形。     

酸化作用下页岩超声波透射试验研究

为了探索碳酸（H2CO3）对页岩酸化作用引起的声学特性变化特征,以修武盆地海相页岩为研究对象,通过超声波透射试验方法研究了页岩试样被H2CO3处置后的时域信号、频域信号、波速、衰减系数等特征。研究结果表明,页岩试样被H2CO3处置后,超声波纵波和横波在页岩中的传播时间延长,纵波与横波幅值均呈现明显的下降特征;超声波频域内最大振幅下降,主频向低频方向发生偏移,部分页岩试样主频发生畸变;超声波纵波与横波波速均下降,纵波与横波衰减系数均增大。页岩试样被H2CO3处置后呈现的声波特性变化特征,反映出H2CO3酸化作用导致页岩孔隙度增大或者产生了破坏裂隙。     

大口径宽带数字延时相控阵天线

不同于窄带相控阵天线,空间色散和时间色散是大口径宽带相控阵天线需要解决的2个主要问题。文章采用了子阵加数字延时滤波器的整体结构设计,把大口径阵列划分为很多个较小口径的子阵,并采用传统窄带相控阵天线加权方法,完成子阵的波束合成;子阵间的波束合成,则采用数字延时滤波器实现。在介绍了子阵划分方式的基础上,对延时滤波器的时域设计方法进行了阐述和分析。通过延时滤波器仿真,证明了滤波器设计方法的正确性;通过系统方向图仿真,证明了子阵加数字延时滤波器的设计方法,克服了空间色散和时间色散问题。     

双极化圆柱介质谐振器天线设计与实验研究

全极化数字相控阵天线具有波束扫描灵活、抗干扰能力强的优点,已成为以飞行器为载体的雷达天线领域的发展趋势之一。考虑到安装平台的限制,天线单元是相控阵天线的关键部件,研制适合工程应用的双极化天线单元具有重要意义。提出以双极化介质谐振器天线为全极化数字相控阵天线单元的设计方案;该方案具有辐射效率高、结构简单、易于馈电、体积小、极化端口隔离特性好等性能。设计了一种带有金属反射板的双极化圆柱形介质谐振器天线单元,采用全波电磁仿真软件对天线单元进行设计和优化,开展了天线单元的加工和性能测试工作。在4.95~5.05 GHz的带宽内,驻波比均小于2;天线的极化端口隔离度约为-20 d B;测试的天线波束宽度约大于80°,增益约大于6 d B,交叉极化电平约为-20 d B。天线的性能达到预期的指标要求,适合于实际工程应用。     

基于毫米波探测器的炸高可选择近炸引信的炸高解算方法

为满足新一代箱式远程制导火箭弹系统及其新型战斗部的需求,对单型炸高可选择近炸引信进行研究.该型引信的炸高覆盖范围大且炸高可选择,既能满足大威力整体战斗部和电磁脉冲战斗部的炸高需求,又能满足子母战斗部的精确定高开舱需求,对提高陆军精确打击能力具有重要的军事价值.为此,提出一种基于毫米波相控阵探测器的炸高解算方法,通过相控阵探测器测高数据与惯性导航数据的融合处理,实时计算火箭弹飞行高程,从而实现炸高控制.并且将融合结果作为惯导的初值来计算下一时刻的惯导测高数据,在一定程度上减少了由于时间积累造成的惯导测量误差,提高了测高精度.仿真实验证明了该方法的有效性和炸高解算精度.      

基于类 1-3-2 型压电复合材料高频水声相控阵换能器研究

对基于类1-3-2型压电复合材料的高频相控阵换能器进行了理论分析和实验研究.通过切割与填充去耦材料制作类1-3-2型压电复合材料,并对类1-3-2型压电复合材料的基元进行布阵,在二维方向上形成4个子阵.通过对子阵适当相移,抑制主瓣和保留栅瓣,在空间上形成所需的发射与接收波束.实现了通过一个多元平面阵列形成4个所需的指向性波束,测速时避免了声学补偿.与传统使用4个活塞型收发换能器形成指向性波束的方法相比,相控阵换能器的几何尺寸显著减小.研究结果表明,基于类1-3-2型压电复合材料高频水声相控阵换能器具有高发射响应,宽频带,波束一致性好,结构紧凑,制作工艺简单可靠等优点.     

基于轨道根数交接的弹道导弹落点快速预报

为实现弹道导弹精确落点的快速预报,提出基于轨道根数交接的落点预报方法。多功能地基相控阵雷达通过综合自身计算的目标轨道根数信息与远程预警相控阵雷达上报至预警中心的目标轨道根数信息,对弹道导弹实时定轨,待落点误差精度满足要求后,进行落点精确预报。仿真结果表明,相对传统落点预报方法,能够将预报时间缩短近40%。     

多参量超声相控阵技术的研究进展

超声相控阵结构健康监测在大部分结构较为复杂的缺陷检测中是一个极具应用前景的检测技术,它通过计算激励信号的时间延迟而改变波束偏转角,实现对结构的多方位扫描,并通过扫查图像获得检测结果。研究表明,该方法产生的超声波在工件损伤处的聚焦效果尤为明显,缺陷信号能量显著增强,可有效提高信噪比。主要就超声相控阵技术使用过程中,换能器指向性的影响因素和阵元数与聚焦深度之间的关系进行综述;在此基础上,针对复杂结构存在的缺陷检测问题进行常规无损检测与相控阵检测对比分析,详细阐述了相控阵的优势与不足,为更好地辨识由相关因素造成的不良缺陷提供理论基础,并为后续研究指明方向。     

岩石含水饱和度,频率,流体类型对声波振幅影响规律的探讨

本实验以不同类型的砂岩为试样,在常温常压下用超声参数测定仪测量了饱和度、频率和流体类型对多孔隙岩石中声波衰减的影响,得到以下结论:(1)在干燥岩石中,纵波衰减比横波高;在被流体完全或部分饱和的岩石中,纵、横波的衰减均高于在干燥岩石中的衰减,横波的衰减的增加量比纵波大,并以复杂的方式依赖于饱和度。(2)在饱和盐水的岩石中,声波振幅随频率的增高而呈指数衰减。在低频段,声波有较大的衰减变化率;在某一特征频率(600kHz左右)之后,振幅与频率基本无关。(3)对同一块样品,饱和不同类型的流体,声波的振幅随流体的粘度增大而减小。     

一种PS波与PP波反射时间匹配方法

 多波多分量地震资料解释中, 反射纵波与转换横波反射时间关系是影响地震储层预测的关键因素之一。该文在前人研究工作基础上,提出了利用转换波叠前道集进行纵横波速度比提取及纵波与转换横波反射时间匹配处理方法。模型资料计算结果表明,文中所述方法可以直接由转换波道集计算得到横波速度、纵横波速度比等参数,应用这些参数可实现纵波与转换波反射时间匹配处理。该方法具有一定的计算精度,特别适合于水平层状地层多波多分量资料处理。     

高强度聚焦超声相控阵列的优化设计方法

高强度聚焦超声相控阵列的诸多参数直接影响着该系统的性能和制作成本。为此，提出了一种高强度聚焦超声相控阵列设计参数优化方法，用此法优化球面相控阵列的参数，合理地选择阵列排列方式、激发频率、阵元大小和球面曲线，可大大减少阵元的数目，从而实现了具有高性价比的高强度聚焦超声相控阵列。该方法对球面不等间距同心圆阵列的优化设计结果，既表明了这种优化设计方法的可行性，又给出了阵列优化设计中的一些有价值的规律。