基于AFM单晶硅台阶线边缘粗糙度、顶表面和底表面粗糙度的测量

采用原子力显微镜以TOP-DOWN方式测量单晶硅刻线单侧形貌.提出以单次扫描线上5个最低测量值的平均值为高度参考点且各条扫描线参考高度在统计意义下相等,校正(原子力显微镜)AFM压电驱动器高度方向非线性.通过NIST高度算法和直方图方法相结合确定样本边缘表面、顶表面和底部表面范围.顶表面和底表面各扫描线的功率谱密度(PSD)、均方根值(RMS)基本一致.对于边缘粗糙度而言,RMS随测量高度增加而减小;PSD随高度增加主导频率范围略有降低但变化不明显.     

流动管道内噪声源辐射声场数值预估

流动管道内噪声源辐射声场问题难度很大。该文给出了经实验考核的流动管道内声源辐射声场数值预估方法,并给出了圆管外声压级指向性系数图。利用这些图和简单公式,通过测量管外一点的声压级就可确定管内声源声功率。该文数值方法采用线化Euler方程,四阶MacCormack差分格式和Tam与Webb的无反射边界条件数值预估有流动的圆管出口辐射声场,并用声强扫描仪和声级计在半消声室中测量了管内声功率及管外声压分布,数值计算和实验所得声压指向性系数符合良好,最大误差小于1dB。     

利用声场重构预估声源辐射声功率

针对中低频声辐射,提出了基于声辐射模态、利用声场重构进行声功率预估的方法.通过声场重构获得声源辐射的整个声压场,基于远场径向积分来计算声功率,推导出了辐射声功率计算公式.以平板声源为例进行仿真验证,讨论影响预估精度的一些因素,分析声场重构法预估声功率的稳定性,并与工程测量法进行对比分析.结果表明,由于声场重构法基于近场测量,能够获得远场足够多的信息,在测点不多的情况下可以达到更高的预估精度,并且具有很好的稳定性.     

基于TDE技术的声源定位算法

针对基本互相关法在估计时延时没有明显的峰值及实际环境中的噪声会减损峰值,甚至出现伪峰的问题,提出了一种基于广义互相关的改进时延估计方法,并结合麦克风阵列结构,实现了基于两步定位的声源定位.通过仿真实验验证了该方法在有噪声的环境下能准确测量声源的位置,定位的平均距离误差和平均方向角误差都低于5%,且方向角在30°～150°、距离在1.1～2.3m时定位成功率达80%以上.     

基于麦克风阵列多声源定位的新方法

针对传统方法不能准确地测量远场多声源位置的问题,提出了在近场和远场都能用的多声源定位新方法.该方法采用两个L型麦克风阵列,在每个阵列通过多声源的频率及到达角的联合估计求得信号源的夹角,基于每个信号源的夹角对估计多声源的位置.通过仿真实验验证了该方法在近场、远场都能准确地测量多声源位置,通过调节两个L型麦克风阵列之间的距离能得到误差在5%以下的声源定位精度.     

求解水中结构声辐射特性的虚拟声源方法研究

利用模态展开法和波叠加原理,发展求解水中结构声辐射特性的方法,进一步将波叠加原理与有限元法(FEM)相结合,提出求解结构声辐射特性的半虚拟声源半FEM算法.将结构动力学方程中的声压项表示为结构表面振速积分的形式,或者将结构动力学方程和结构与介质交界面相容性条件中的声压项表示为虚拟声源函数的组合形式,对所得方程进行模态展开和傅里叶逆变换,分别建立关于振动模态系数的求解方程和虚拟声源强度与振动模态系数的耦合方程,然后根据波叠加原理,确定虚拟声源强度,获得两种求解结构声辐射特性参数的方法.最后,利用FEM和波叠加原理建立结构的动力学方程,结合交界面相容性条件,获得耦合的求解方程,从而确定虚拟声源强度.以水下矩形板为例进行了辐射声功率求取,并讨论了对虚拟声源数目的敏感性.结果表明:本方法具有较高的计算精度,尤其适用于低频声辐射问题的计算;由耦合方程计算声辐射特性参数时,无须计算结构的辐射阻抗,提高了计算效率.     

气动噪声相似关系及在风洞试验中的应用

研究以基本气动噪声源(单极子声源、偶极子声源和四极子声源)向远场辐射声功率和物体运动过程中产生的气动噪声与运动速度、物体特征尺寸、距观测点距离和介质特性等的关系,推出了相似运动物体向远场辐射气动声的相互转换关系式,并利用气动声学风洞对高速列车模型产生的远场气动噪声进行测量,据此关系式从低风速测量结果推出了高风速结果,用试验数据进行验证.研究表明,此关系式反映了原型和模型之间在远场辐射气动噪声的相互关系,对模型试验结果分析和向原型的转换具有一定的借鉴作用.     

基于两个L型阵列的远场多声源定位方法

针对传统方法不能准确地测量远场多声源位置的问题,提出了在近场和远场都能用的多声源3D定位新方法.该方法采用两个L型麦克风阵列,在每个阵列通过多声源的频率及到达角的联合估计求得信号源的夹角,基于每个信号源的夹角对估计多声源的位置.通过仿真实验验证了该方法在近场、远场都能准确地测量多声源位置,通过调节两个L型麦克风阵列之间的距离能得到误差在5%以下的声源定位精度.     

随机信号量化后的相关函数与谱密度

本文推导了正态随机信号量化后的相关函数表示式,进行了粗分层量化相关函数的数字计算。得出分层数目 N≥4以后,量化误差减少缓慢。3比特(N=8)分层量化误差约为1.4%,对于相关函数的测量来说,已属可用。以矩形功率谱为例,本文计算了量化后的功率谱密度表示式。得出量化引起功率谱扩展,因而提高抽样频率可以减小折叠误差。     

标准换能器辐射电导的电学法测量研究

本文基于串联共振等效电路得到的声功率表达式,阐述了用4192A型阻抗分析仪测量标准超声换能器辐射电导Gr的方法。将电学法测量的辐射电导与辐射压力法的毫瓦级超声功率国家基准装置所测量结果进行比较,结果表明,标称频率为2.5MHz、5MHz的石英晶体标准换能器的辐射电导的误差分别为0.35%和2.11%,在电压表的误差小于或等于1%的情况下,可以保证换能器辐射的超声声功率的误差≤5%。实验研究证实该方法是一种简便、准确可靠的方法,不但可以对辐射压力法所测换能器声功率的标准换能器进行比对检验,也可以作为新的计量基准或标准使用。     

非简谐波对声速测量的影响

声速测量实验是高校普通物理实验的重要组成部分,通常采用驻波法进行声速测量实验.入射波与反射波叠加后的状态将随反射界面到声源的距离不同而呈现周期性变化,声速测量正是根据该特点进行测量的.然而实际情况比理想情况复杂很多.在驻波法测量空气中的声速实验中,采用数字示波器逐点测量得到超声波的共振曲线,观察到一些非简谐假峰现象.提出对测量到的振幅极大值的大小进行判断,去除这些假峰,使测量的误差降低到最小.     

二维矢量声强的误差分析

为便于识别和定位平面内噪声源,依据双传声器互谱声强法原理,建立二维矢量声强探头的物理模型,推导了二维声强的计算公式,分别在单极子和偶极子声场条件下,利用该探头测量二维声强及定位误差。结果表明：对于单板子声场,频率小于4600Hz时,x,y方向和总声强理论误差均不超过1．5dB;频率小于1600Hz时,定位误差均小于0．01m。对于偶极子声场,测点距y轴小于0．01m、频率小于1300Hz时,定位误差较大,均大于0．01m;测点距Y轴0．6～2．0m、频率小于1600Hz时,定位误差均小于0．01m,能够满足工程上的需求。     

二维矢量声强探头的设计计算与误差修正

一维声强探头测量二维空间方向声强需要测量两次,费时且有时时间上不允许。利用平行四边形曲柄机构的位置保持原理,设计了测量频率范围可调的二维矢量声强探头的机械结构。基于双传声器互谱声强法原理,采用三个传声器构成的二维矢量声强探头,给出了二维矢量声强的测量原理、二维矢量声强的计算公式和有限差分误差修正方法。修正后互谱声强计算值和理论值之间的误差要比修正前显著减小,表明有限差分误差修正方法可以明显降低互谱声强测量中由于有限差分导致的声强测量误差。     

基于等效源法的单全息面声场分离机理及技术

声场分离是实现声场精确重建的一种前处理技术。为改进双全息面分离声场技术采用的测点数目多、分离精度受两全息面之间距离影响等问题。提出一种等效源法的单全息面声场分离方法。利用空间变换的声全息技术识别出声源的大致位置,结合等效源法中声压和法向振速之间的关系,建立起声压和法向振速的分离公式。仿真分析了脉动球作为干扰源的分离结果,结果表明,该方法具有较好的分离精度。可见该方法能在单测量面下实现多相干声源声场的有效分离。     

利用声场指数确定机床辐射声功率级测量精度的实验研究

文章对声强测量中的声场指数和有关判据进行了阐述，以Ｃ６１６Ａ－１型精密车床为对象，选择三种不同的测量条件进行了声功率级的测定．结果分析表明：采用双传声器互谱声强法测量噪声源声功率时，只要按照ＩＳＯ９６１４－１中规定的判据进一行测量，就可以达到预期精度的结果，同时还可以优化测量条件．     

一种WSN环境下多机器人协作式声源定位方法

研究多机器人协作式任务执行具有现实意义。针对目前机器人声源定位算法不能满足多机器人协作式搜寻声源的场合,提出一种无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)环境下的多机器人窄带声源定位方法。该方法根据接收信号强度对多个机器人的全局坐标进行测距定位,利用到达时间差(Time Difference of Arrival,TDoA)定位方法估计机器人与声源的相对距离,并结合全相位傅里叶变换(all-phase FFT,apFFT)算法提高相对距离的估计精度,最后通过测距定位算法得到声源的全局坐标值。在4个WSN节点和3个机器人组成的系统中进行方法测试,实验结果表明：该方法能实现三机器人协作式的声源定位任务,定位准确率较高,可满足搜救场合中声源定位的要求。     

活塞型声源几何平均声压的声强计算方法

采用p-p法计算声强时,算术平均算法计算常规声压平均存在高频区误差较大、测量效率低等不足。针对这一情况,提出应用几何平均计算声压的方法,并以活塞声源为例,对两种声压计算方法得到的声强误差进行对比分析。结果表明：几何平均声强误差曲线随△r／r的变化更明显;随△r增大,两种计算方法测量频率上限均下降;与算术平均算法相比,几何平均算法更适合于宽频测量,且该算法计算机运算时间短,测量效率和测量实时性高。该研究提供了一种更为理想的声强计算方法。     

基于雄蝉生物发声机理的蝉鸣声数字化建模研究

目前临床治疗耳鸣的常用方法是耳鸣掩蔽疗法.国内外传统的耳鸣治疗仪普遍存在耳鸣匹配声源不足以及匹配效果差的缺陷.针对该问题,本文基于雄蝉的生物发声机理,通过分析研究其发声过程,从信号处理的角度提出一种模拟雄蝉发声的模型,用以合成最常见的耳鸣声源——蝉鸣声.实验表明,该模型取得了较好的效果,丰富了蝉鸣声匹配声源,具有一定的医用参考价值.     

基于单导肺音信号的呼吸气相识别

为进行不用测量气流的自动肺音识别,提出了一种基于单导肺音信号的呼吸气相检测算法。在肺音平均功率谱上定位出吸气顶点和呼吸气相切换点。通过吸气顶点,来判断气相模式,为肺音特征分析提供时域定位标准。经37例实验数据验证,结果表明:全自动模式下正常肺音分相准确率为85.7%,半自动模式下的准确率达92.3%。该算法可有效地识别呼吸气相,可简化肺音研究。