侯森 胡长青 赵梅†

1) (中国科学院声学研究所东海研究站, 上海 201815)

2) (中国科学院大学, 北京 100049)

通过测量含气泡水的声衰减反演气泡群参数是获取水中气泡分布的重要方法, 但是经典方法忽略了较高浓度气泡水中的强频散特性和气泡振动参数的改变, 导致反演较高浓度气泡群分布时会产生巨大误差.为解决这个问题, 本文基于等效媒质理论建立起了声衰减和相速度的联系, 并考虑了含气泡水平均量对气泡阻尼系数和共振频率的影响.在此基础上, 通过将反演气泡分布和修正相速度及气泡振动参数交替迭代的方法,有效地消除了高浓度气泡水中由频散和气泡振动特性改变引起的误差.与实验数据对比发现, 气泡群孔隙率达到10–5 时, 考虑含气泡水的频散特性会显著降低反演误差; 而当气泡群孔隙率达到10–3 时, 气泡阻尼系数和共振频率的修正会对反演结果变得重要.本文方法在反演孔隙率为10–3—10–2 的高浓度气泡群时, 仍有较好效果, 这可为获取水下较高浓度气泡群分布提供方法借鉴.

1 引 言

获取水下气泡群分布在军事领域[1]、工业领域[2]以及科研领域[3]都有巨大的应用价值, 其中通过声衰减或声散射反演气泡群分布是探测水下气泡群参数的重要方法[4−7].上世纪七十年代, Medwin[5]提出了共振估计方法(resonant bubble approximation, RBA), 在求解气泡群声衰减过程中只保留共振态气泡的贡献, 简化了计算过程, 得出了简明的由声衰减系数反演气泡分布的公式, 成为了经……