Spectrum儀器數字化儀和任意波形發(fā)生器在楊百翰大學(xué)聲波研究中的應用

　　美國楊百翰大學(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(Time Reversal)信號處理方面的研究，用以聚焦房間內的高振幅波聲。時(shí)間反轉(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)聲波并獲取準確的結果，楊百翰大學(xué)選擇了Spectrum儀器生產(chǎn)的任意波形發(fā)生器以及數字化儀卡作為其實(shí)驗器材。

　　楊百翰大學(xué)副教授Brian Anderson表示：“此前我研究和對比了不同類(lèi)型的信號生成卡和采集卡，最終決定使用Spectrum儀器所提供的設備。Spectrum儀器的設備在超聲波頻率領(lǐng)域的表現卓越，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)損檢測技術(shù)的首選。此外，我們還將這些數字化儀卡應用于室內聲音的非線(xiàn)性聲學(xué)測量，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)驗在混響室中產(chǎn)生了高振幅的聲音焦點(diǎn)。TR信號處理方法專(zhuān)注于研究通過(guò)向前和向后而遠程放置的信號源所產(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(或頻域傳遞函數)。此后，脈沖響應會(huì )及時(shí)反轉。如果需要，還能夠進(jìn)行其他的處理。在后步中，反向脈沖響應從源向外發(fā)散，在接收器位置實(shí)現聲音聚焦。

　　為了獲得高焦距振幅，楊百翰大學(xué)設計了一個(gè)實(shí)驗裝置。該裝置由8個(gè)帶有喇叭的同軸壓縮驅動(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，以及用于測量的前置放大器組成。

　　實(shí)驗所使用的信號產(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。

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

　　根據楊百翰大學(xué)的研究發(fā)現，為了生成最大振幅的聚焦聲音，最佳的脈沖響應修正方法是通過(guò)切割標志法的技術(shù)獲得。該實(shí)驗最終所獲得的最佳切割闕值能夠達到9.05 kPa (高峰173.1 dB )。

　　通過(guò)實(shí)驗得出的在低振幅下和經(jīng)過(guò)適當縮放所獲得的最高振幅結果，充分證明了在高振幅的情況下TR聚焦是一個(gè)非線(xiàn)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(NDT)、醫學(xué)和音頻。舉例來(lái)說(shuō)，在生物醫學(xué)應用中，聚焦超聲可用于治療腎結石或腦腫瘤。在無(wú)損檢測領(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)損檢測評估所使用的高振幅超聲聚焦非接觸源。