—— 通過(guò)時(shí)間反轉(zhuǎn)信號(hào)處理產(chǎn)生球面波虛擬源

  美國(guó)楊百翰大學(xué)物理與天文系的聲學(xué)研究小組正在從事有關(guān)時(shí)間反轉(zhuǎn)（Time Reversal）信號(hào)處理方面的研究，用以聚焦房間內(nèi)的高振幅波聲,。時(shí)間反轉(zhuǎn)（TR）將來(lái)自不同方向的波聚焦于特定位置而產(chǎn)生一個(gè)球面波虛擬源,，而后再通過(guò)這個(gè)位置發(fā)散出去。為了產(chǎn)生此類(lèi)聲波并獲取準(zhǔn)確的結(jié)果,，楊百翰大學(xué)選擇了Spectrum儀器生產(chǎn)的任意波形發(fā)生器以及數(shù)字化儀卡作為其實(shí)驗(yàn)器材,。

  楊百翰大學(xué)副教授Brian Anderson表示：“此前我研究和對(duì)比了不同類(lèi)型的信號(hào)生成卡和采集卡，終決定使用Spectrum儀器所提供的設(shè)備,。Spectrum儀器的設(shè)備在超聲波頻率領(lǐng)域的表現(xiàn)卓越,，且兼具成本效益。其產(chǎn)品具有多通道,、同步生成和采集,、高采樣頻率等特定,，成為了我們發(fā)展超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的。此外,，我們還將這些數(shù)字化儀卡應(yīng)用于室內(nèi)聲音的非線性聲學(xué)測(cè)量,，其高采樣頻率有助于捕獲我們遇到的陡峭波形。

  楊百翰大學(xué)的實(shí)驗(yàn)在混響室中產(chǎn)生了高振幅的聲音焦點(diǎn),。TR信號(hào)處理方法專注于研究通過(guò)向前和向后而遠(yuǎn)程放置的信號(hào)源所產(chǎn)生的聲波,。在前步過(guò)程中，可獲得源和接收器的脈沖響應(yīng)（或頻域傳遞函數(shù)）,。此后,，脈沖響應(yīng)會(huì)及時(shí)反轉(zhuǎn)。如果需要,，還能夠進(jìn)行其他的處理,。在后步中，反向脈沖響應(yīng)從源向外發(fā)散,，在接收器位置實(shí)現(xiàn)聲音聚焦,。

  為了獲得高焦距振幅，楊百翰大學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置,。該裝置由8個(gè)帶有喇叭的同軸壓縮驅(qū)動(dòng)器,，一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍上限為175 dB的GRAS自由場(chǎng)傳聲器，以及用于測(cè)量的前置放大器組成,。

實(shí)驗(yàn)所使用的信號(hào)產(chǎn)生于MATLAB,，通過(guò)2個(gè)四通道的Spectrum M2i．6022－exp 20MS／s任意波形發(fā)生器輸出。Spectrum任意波形發(fā)生器輸出了兩個(gè)四通道的CROWN／皇冠 CT4150放大器,。

  傳聲器信號(hào)采集是通過(guò)一個(gè)采樣率為50kHZ的四通道M2i．4931－exp 16位數(shù)字化儀卡完成,。

根據(jù)楊百翰大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，為了生成大振幅的聚焦聲音,，佳的脈沖響應(yīng)修正方法是通過(guò)切割標(biāo)志法的技術(shù)獲得,。該實(shí)驗(yàn)終所獲得的佳切割闕值能夠達(dá)到9．05 kPa （高峰173．1 dB ）。

  通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的在低振幅下和經(jīng)過(guò)適當(dāng)縮放所獲得的高振幅結(jié)果,，充分證明了在高振幅的情況下TR聚焦是一個(gè)非線性過(guò)程,。

  波聚焦的能力為眾多領(lǐng)域的發(fā)展提供了無(wú)限可能，如通信,、超聲,、無(wú)損檢測(cè)（NDT）、醫(yī)學(xué)和音頻,。舉例來(lái)說(shuō),，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，聚焦超聲可用于治療腎結(jié)石或腦腫瘤,。在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域TR處理被用于定位和判斷固體物質(zhì)中的缺陷,。此外,，它還能被用于無(wú)損檢測(cè)評(píng)估所使用的高振幅超聲聚焦非接觸源。

關(guān)于Spectrum儀器

Spectrum儀器公司是全球領(lǐng)先的PC測(cè)試測(cè)量設(shè)備的設(shè)計(jì)制造商,，于1989年成立于德國(guó)漢斯多爾夫,。公司產(chǎn)品主要應(yīng)用于電子信號(hào)的采集、生成和分析,。Spectrum儀器專注于高速數(shù)字化儀和發(fā)生器技術(shù),。迄今為止，Spectrum擁有500多種可用的模塊化產(chǎn)品,，并符合PCIe,， LXI和PXI等主流行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)Spectrum儀器的銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)遍布全球,，其設(shè)計(jì)工程師直接服務(wù)客戶,，并提供快速、杰出的技術(shù)支持,。