【摘要】：本文通過(guò)分析激光激發(fā)超聲波的熱彈性機(jī)制,建立適合在固體樣品(金屬與非金屬)中激發(fā)超聲的理論模型,并在此基礎(chǔ)上利用COMSOL軟件對(duì)激光脈沖照射在鋁制和硅圓盤(pán)表面激勵(lì)形成超聲波這一物理現(xiàn)象進(jìn)行仿真模擬。對(duì)溫度場(chǎng)基于COMSOL Multiphysics軟件仿真了激光脈沖與金屬鋁以及非金屬硅之間的相互作用過(guò)程,仿真出了激光在材料中的溫度場(chǎng)變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上使用COMSOL建立了激光源在鋁板及硅板中激發(fā)超聲波的有限元分析模型。在對(duì)耦合熱-固-聲等多物理場(chǎng)的運(yùn)算結(jié)果分析得到了光-熱轉(zhuǎn)換的內(nèi)在機(jī)理。這種光-熱轉(zhuǎn)換用于熱-聲效應(yīng)可以激發(fā)出超聲波,由此最終得到了光-熱-聲轉(zhuǎn)換的具體過(guò)程。通過(guò)采用功率譜估計(jì)方法追蹤波峰運(yùn)動(dòng)軌跡,分析在鋁和硅材料中激發(fā)出超聲波的傳播特性,并分析了在不同的條件約束下激發(fā)出不同形式的超聲波的形成機(jī)理。該研究成果可以為激光超聲特別是激光激發(fā)Lamb波的研究提供理論基礎(chǔ)與仿真依據(jù),并對(duì)超聲波的形成與傳播特性提供一定的理論參考。作為提取信號(hào)峰值的基本方法,將功率譜估計(jì)方法應(yīng)用于提取語(yǔ)音共振峰,進(jìn)而分析耳語(yǔ)音信號(hào)的聲學(xué)特征。針對(duì)耳語(yǔ)音與正常音的聲學(xué)特性有所不同的特點(diǎn),并通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法將其音長(zhǎng)與共振峰特性與正常音的相應(yīng)特性進(jìn)行了對(duì)比,得出而耳語(yǔ)音共振峰與正常音共振峰特性的變化規(guī)律是向峰值向高頻區(qū)域偏移,帶寬變寬。該研究結(jié)果能夠?yàn)槠湓诙Z(yǔ)音處理、識(shí)別與轉(zhuǎn)換方面提供實(shí)驗(yàn)支持。
【圖文】：

激光熱彈性激發(fā)超聲仿真研究及漢語(yǔ)耳語(yǔ)音聲學(xué)特性分析照射在固態(tài)的物體上時(shí)，其中有些能量被物體反射或散射，一些被物體自身能量會(huì)被透射過(guò)物體被材料吸收，吸收的能量不會(huì)外輻射而是在材料內(nèi)部傳熱能，引起材料形變產(chǎn)生彈性波。根據(jù)激光激發(fā)超聲波的內(nèi)在激發(fā)機(jī)制不同[47]：熱彈性機(jī)制激發(fā)超聲，如圖 2.1[47]所示。當(dāng)入射到樣品表面的激光能量密度低時(shí)，材料的表面層由于接收了激光照射的能量會(huì)導(dǎo)致被照射區(qū)域產(chǎn)生局部材料局部的迅速熱膨脹。對(duì)于半無(wú)窮大的樣品，這種機(jī)理下可以同時(shí)激勵(lì)產(chǎn)波以及表面波等多種形態(tài)的超聲波。但基于熱彈性激發(fā)效率不高，形成的聲的能量產(chǎn)生線(xiàn)性變化。由于激發(fā)激光的能量密度或激光功率密度比較低，表度變化沒(méi)有使樣品的被輻照區(qū)域產(chǎn)生任何相變，因此這種激發(fā)機(jī)制是具有嚴(yán)特點(diǎn)。對(duì)于一般的金屬樣品，基于熱彈性機(jī)制，激光的能量密度要控m2。

圖 2.2 融熔機(jī)制下激發(fā)超聲產(chǎn)生的超聲波具有響應(yīng)時(shí)間短，頻譜寬，模式形態(tài)多樣的特點(diǎn)[50]。因?yàn)槌暿窍嗷サ�，時(shí)間和頻率的變化會(huì)對(duì)聲波產(chǎn)生影響。激光作為激勵(lì)源可以同時(shí)，縱波，板波和各種導(dǎo)波，并且對(duì)于脈沖函數(shù) (t)和階躍函數(shù) H(t)在時(shí)間上此外，激光超聲波的形成不但與激光作為激發(fā)源的時(shí)間域、空間域的性質(zhì)有身的一些性質(zhì)有關(guān)，如力，熱，光等。激光激發(fā)的超聲波主要以導(dǎo)波為主，所以下面對(duì)這類(lèi)超聲波中比較具有代表 Lamb 波和表面波進(jìn)行介紹。Lamb 波和表面波相關(guān)理論mb 波是由縱波和橫波混合成的波，是一種特別的應(yīng)力波。當(dāng)超聲波進(jìn)入板狀構(gòu)的上表面邊界和下表面邊界之間產(chǎn)生連續(xù)反射，進(jìn)而在板內(nèi)進(jìn)行傳播。La點(diǎn)：模式類(lèi)型多，傳播距離遠(yuǎn)，也可以繞過(guò)物體沿曲線(xiàn)方向傳播。因此，，根系列傳播特性，國(guó)內(nèi)外超聲波成像越來(lái)越多的使用 Lamb 波進(jìn)行探測(cè)，這是的方向之一。Lamb 波可以在薄厚尺寸與激勵(lì)波長(zhǎng)相同數(shù)量級(jí)的波導(dǎo)中產(chǎn)生
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN249

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙艷;趙力;鄒采榮;;耳語(yǔ)音的語(yǔ)音處理研究綜述[J];聲學(xué)技術(shù);2008年04期

2 林瑋;楊莉莉;徐柏齡;;基于修正MFCC參數(shù)漢語(yǔ)耳語(yǔ)音的話(huà)者識(shí)別[J];南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年01期

3 楊莉莉,李燕,徐柏齡;漢語(yǔ)耳語(yǔ)音庫(kù)的建立與聽(tīng)覺(jué)實(shí)驗(yàn)研究[J];南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年03期

4 陳清明,蔡虎,程祖海;激光超聲技術(shù)及其在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2005年04期

5 苗潤(rùn)才,時(shí)堅(jiān),趙曉鳳;干涉法測(cè)量低頻表面波的衰減系數(shù)[J];光子學(xué)報(bào);2005年03期

6 沙丹青,栗學(xué)麗,徐柏齡;耳語(yǔ)音聲調(diào)特征的研究[J];電聲技術(shù);2003年11期

7 章肖融;用激光超聲評(píng)估復(fù)合材料[J];應(yīng)用聲學(xué);2000年05期

8 王小民,李明軒;復(fù)合材料的超聲檢測(cè)與評(píng)價(jià)[J];應(yīng)用聲學(xué);1998年06期

9 張淑儀;;超聲無(wú)損檢測(cè)高新技術(shù)[J];國(guó)際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài);1998年08期

10 方啟平，白玉海，應(yīng)崇福;固體中激光熱彈超聲的光穿透效應(yīng)[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);1996年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 劉輝;激光超聲表面缺陷檢測(cè)機(jī)理研究[D];中北大學(xué);2014年

2 劉偉;基于雙波混合干涉的激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D];南昌航空大學(xué);2010年

3 熊偉;光偏轉(zhuǎn)差分式激光超聲探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及在缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D];南京理工大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2614226