激光热弹性激发超声仿真研究及汉语耳语音声学特性分析

发布时间：2020-04-04 23:52

【摘要】：本文通过分析激光激发超声波的热弹性机制,建立适合在固体样品(金属与非金属)中激发超声的理论模型,并在此基础上利用COMSOL软件对激光脉冲照射在铝制和硅圆盘表面激励形成超声波这一物理现象进行仿真模拟。对温度场基于COMSOL Multiphysics软件仿真了激光脉冲与金属铝以及非金属硅之间的相互作用过程,仿真出了激光在材料中的温度场变化规律。在此基础上使用COMSOL建立了激光源在铝板及硅板中激发超声波的有限元分析模型。在对耦合热-固-声等多物理场的运算结果分析得到了光-热转换的内在机理。这种光-热转换用于热-声效应可以激发出超声波,由此最终得到了光-热-声转换的具体过程。通过采用功率谱估计方法追踪波峰运动轨迹,分析在铝和硅材料中激发出超声波的传播特性,并分析了在不同的条件约束下激发出不同形式的超声波的形成机理。该研究成果可以为激光超声特别是激光激发Lamb波的研究提供理论基础与仿真依据,并对超声波的形成与传播特性提供一定的理论参考。作为提取信号峰值的基本方法,将功率谱估计方法应用于提取语音共振峰,进而分析耳语音信号的声学特征。针对耳语音与正常音的声学特性有所不同的特点,并通过统计方法将其音长与共振峰特性与正常音的相应特性进行了对比,得出而耳语音共振峰与正常音共振峰特性的变化规律是向峰值向高频区域偏移,带宽变宽。该研究结果能够为其在耳语音处理、识别与转换方面提供实验支持。
【图文】：

热弹性,机制,超声波

激光热弹性激发超声仿真研究及汉语耳语音声学特性分析照射在固态的物体上时，其中有些能量被物体反射或散射，一些被物体自身能量会被透射过物体被材料吸收，吸收的能量不会外辐射而是在材料内部传热能，引起材料形变产生弹性波。根据激光激发超声波的内在激发机制不同[47]：热弹性机制激发超声，如图 2.1[47]所示。当入射到样品表面的激光能量密度低时，材料的表面层由于接收了激光照射的能量会导致被照射区域产生局部材料局部的迅速热膨胀。对于半无穷大的样品，这种机理下可以同时激励产波以及表面波等多种形态的超声波。但基于热弹性激发效率不高，形成的声的能量产生线性变化。由于激发激光的能量密度或激光功率密度比较低，表度变化没有使样品的被辐照区域产生任何相变，因此这种激发机制是具有严特点。对于一般的金属样品，基于热弹性机制，激光的能量密度要控m2。

频谱,模式形态,激光产生,超声波

图 2.2 融熔机制下激发超声产生的超声波具有响应时间短，频谱宽，模式形态多样的特点[50]。因为超声是相互的，时间和频率的变化会对声波产生影响。激光作为激励源可以同时，纵波，板波和各种导波，并且对于脉冲函数 (t)和阶跃函数 H(t)在时间上此外，激光超声波的形成不但与激光作为激发源的时间域、空间域的性质有身的一些性质有关，如力，热，光等。激光激发的超声波主要以导波为主，所以下面对这类超声波中比较具有代表 Lamb 波和表面波进行介绍。Lamb 波和表面波相关理论mb 波是由纵波和横波混合成的波，是一种特别的应力波。当超声波进入板状构的上表面边界和下表面边界之间产生连续反射，进而在板内进行传播。La点：模式类型多，传播距离远，也可以绕过物体沿曲线方向传播。因此，，根系列传播特性，国内外超声波成像越来越多的使用 Lamb 波进行探测，这是的方向之一。Lamb 波可以在薄厚尺寸与激励波长相同数量级的波导中产生
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN249

【参考文献】