河口温流参数的声学实时监测研究

由于受人类活动、气候变化等因素的叠加影响,河口生态系统面临着日趋严重的干扰并呈现出脆弱性,因此,针对界面相关流域水文参数的高精度、实时监测问题,提出了一种基于声学手段的河口区域温流的监测方法,即高频声层析技术.该技术通过反演流域两侧两个声站互易发射的高频声信号,可以获得该流域高时间精度的流速、温度、水位等水文信息,并进行信息快速集成和发布.初步实验结果表明,该声学技术可以有效地实现对河口流域水文参数的实时动态监测(包括极端天气,如台风等),将有助于加深对海陆交界带水动力过程的了解.     

南海北部海水声速剖面声学反演

2009 年6 月在南海北部进行了一次海洋环境和声学同步观测实验. 实验观测到内波活动导致水体声速剖面随时间和空间起伏. 从温度链长期观测数据提取出声速剖面经验正交函数(EOF). 数值仿真研究了水平变化海洋环境下平均声速剖面的声学反演, 结果表明, 反演结果与传播路径上的平均声速剖面具有很好的一致性. 在此基础上, 利用实验中垂直接收阵记录的宽带爆炸声源信号反演海水声速剖面, 并与实验测量声速剖面进行比较, 验证了匹配场声学反演海水声速剖面的有效性和稳定性     

基于虚拟仪器的超声Doppler管道低流速测量

传统的超声Doppler流量计在管道流量测量中会遇到无法判断流速方向和低流速测量困难等问题。该文基于虚拟仪器平台,将Doppler信号解调到15kHz的中心频率,并运用Zoom-FFT算法对其进行高精度选带频谱分析,然后进行加权平均频率估计,得到被测流体的平均流速及方向,实现了一个新的超声Doppler流量测量系统。超声波探头外夹安装在充满流体介质的不锈钢管道上进行流量测量,实验结果表明该系统不仅可以正确分辨流速方向,还能测量低达0.02m/s的流速,在判断流速方向和低流速测量上比传统超声Doppler流量计更为有效。     

东中国海声速剖面的经验正交函数表示与匹配场反演

利用一次浅海声学实验多次测量的声速剖面和声传播信号研究了海水声速剖面的经验正交函数（EOF）表示及其由匹配场处理方法反演的可行性和宽容性.反演中使用了垂直阵和水平阵两种阵形接收的宽带声信号.研究表明：声速剖面可用少数的几阶经验正交函数表示，利用垂直阵信号和水平阵信号都可较好地反演出海水声速剖面，而且对海底声速不敏感，具有较好的宽容性，反演出的海水声速剖面可用于低频信号的匹配场定位.     

声频谱测井仪器的研制和野外实验

研制成功的声频谱测井仪器在井下发射和接收三种频率的声波信号,其中发射和接收20kHz声波信号的声系有一个发射和四个接收探头,源距为2.1~2.568m,间距为0.156m;发射和接收40kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距1.0~1.5m,间距0.5m;发射和接收10kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距为2.168~2.668m,间距0.5m.用三种不同的频率的声波进行测量记录目的是获得井壁径向深度不同处介质的声学信息,而且不同频率的声波信号在岩石中传播过程中频谱变化也是井壁岩层的可用声学信息.在井下的信息采集、数据传输、地面记录和监控全部由计算机控制.该仪器已经在大庆油田的三口井中成功的进行了野外实验.     

基于激光自混合散斑干涉的微小流量检测

为实现对激光自混合散斑干涉的微小流量的检测,提出了一种基于激光自混合散斑干涉检测方法。 通过检测得到自混合散斑干涉信号,并对信号进行频谱分析得到流体的平均频率,利用平均频率与流速的拟合 直线进一步获得流量与平均频率的关系,从而精确求解流体微小流量。理论分析和实验表明,该方法可以简单 高效测量微小流量,测量相对误差小于1． 13%。     

燃料电池轿车空气声传递路径分析及控制

针对某型燃料电池轿车出现的中高频噪声问题,进行了空气声传递路径分析.首先探讨了空气传播噪声的分析和测量方法,提出了空气传播噪声的合成方法,推导出了合成方法中修正系数的计算公式并给出程序流程图.然后,介绍互易法原理,并采用该方法测量声学传递函数.根据不同声源与响应点声压间的关系确定了修正系数,并比较了考虑和未考虑修正系数...     

一种测量高分子材料低频声学性能的混合方法

介绍了一种基于动态黏弹谱特性测量橡胶等高分子材料低频声学参数的混合方法．首先利用动态黏弹仪测量材料的低频（〈100Hz）动态力学参数,按照时温等效原理将获得的参数拓展到声学关注的频段（100Hz～10kHz）,再辅以声学测量与反演手段得到材料的声学参数．采用该方法对一种异戊橡胶材料进行了测量,并把测量结果用于该材料样品在声管中所构成的分层介质模型的仿真计算,得到的吸声系数计算值与声管实测值一致．     

现场识别多个声源原信号的研究

在噪声控制以及利用机器噪声源进行工况监测和故障诊断中,必须首先了解噪声的来源及与其相关的信息.现场测量多个声源的原信号时不可避免地存在反射声的干扰.根据几何声学的模型和广义道矩阵的原理,提出一种在多个反射面影响下利用广义逆矩阵原理消除声反射影响,并把多个声源的原信号恢复出来的方法.计算机数字模拟和声学实验结果表明:当声源原信号为单频正弦信号、倍频程信号和某些语音元音信号时,该方法对恢复多个声源原信号的波形有其优越性.     

钱塘江河口区声学多普勒测流及资料整编

为了掌握钱塘江年入海径流量,应用声学多普勒流速仪在钱塘江河口区强涌潮河段开展潮流量测验,通过对实测数据的分析,采用将2台定点式声学多普勒流速仪所测到的流量作为一个整体考虑的方法,寻求该整体的平均流速与断面平均流速的关系.使用手工定出的曲线进行推流,并与上游站推算径流量成果进行了对比.结果表明,使用2台定点式声学多普勒流速仪结合走航式声学多普勒流速仪在钱塘江河口区强涌潮河段开展潮流量测验是可行的,其曲线检验结果优于单边定点式声学多普勒流速仪的结果,但需要加强负流速部分的测验,提高测验精度.     

7种林木蛀干害虫的声音特征分析

为了解决林木蛀干害虫早期监测困难的问题,利用自主研建的声音侦听系统采集并分析了云杉大墨天牛幼虫、双条杉天牛幼虫、柏肤小蠹成虫、褐梗天牛幼虫、光肩星天牛幼虫和星天牛幼虫和黄斑星天牛幼虫等7种林木蛀干害虫的声音。结果表明:7种害虫蛀食声均由离散的声脉冲组成,单个声脉冲时域图的波形前大后小,并快速出现一个最大振幅,波形变化不规则。频域图则呈锯齿状,均有一个主峰频率。声脉冲持续时间低于50.0 ms,主频低于8.0 kHz,脉冲间隔时间无明显规律。时频数值经聚类分析后,同属害虫间相似性高,相同寄主的害虫也表现出一定相关性。该研究证明了所构建声音侦听系统的实用性,扩充了林木蛀干害虫的声音数据库,发现了害虫声音特征的一些基本规律。     

超细颗粒物超声波团聚的影响因素

搭建了声波团聚模拟试验台架,选取中高声强的超声波作为声源,以燃烧产生的气溶胶模拟发动机的排气颗粒,利用扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪测量了初始颗粒物参数以及团聚时间对声波团聚效率的影响.结果表明:该试验条件下,频率20kHz的声波对粒径10~487nm的颗粒具有团聚作用;声波作用时间延长,颗粒团聚效率提高,18s是该研究条件下比较理想的团聚时间;初始颗粒物浓度峰值对应的粒径越大,声波团聚效率越高,最高团聚效率能达到82.4%;初始颗粒数浓度越高,声波团聚效率越高,最高团聚效率在初始颗粒物峰值浓度粒径附近取得.     

多功能动物声信息分析处理系统的开发研究

在研究动物的声行为和环境动物声音监测中，均需要专门的分析工具。新开发的多功能动物声信息分析处理系统，集时域、频域和音图等多种分析功能为一体，频域分析带宽精度可达2．6Hz，尤其是在长时间声音的平均频谱和音图分析方面有独到的功能。分析结果可以多种图形方式表征。它不仅是动物声行为和有关声学研究方面的基本工具，而且在发声动物群落的调查与辅助生物多样性监测方面有特殊的用处。     

机械噪声故障特征提取的盲分离法与小波提纯法

机械噪声故障特征提取的难点在于观测信号的信噪比较小．将盲分离技术引入噪声故障特征提取，通过声源信号的相互独立性质，使用二阶盲分离算法从观测的混合信号中提取独立声源信号，然后，通过随机噪声与有效信号在多尺度空间中模极大值的不同传播特性，使用小波模极大值法提取有效信号特征．该算法不仅消除了临近机器或部件辐射噪声的干扰，还消除了随机噪声的干扰，有效提取了机械噪声故障特征．电动机噪声特征提取实验验证了上述算法的有效性．     

成年与幼仔斑海豹空气中声信号的特性比较

海豹科动物发声与其生命活动息息相关,记录其声信号并分析信号特征是海豹声学研究的一个重点.对斑海豹(Phoca largha)在空气中的发声及信号特性进行研究,对成年斑海豹与幼仔斑海豹的声信号特征进行比较,并利用Mat-lab R2011a等软件对这些信号进行时域和频域分析.结果表明:成年斑海豹在空气中声信号的持续时间分布在0.6～1.6s,平均值为1.15s,频谱能量集中分布在0.5～2kHz,峰值频率、3dB带宽和10dB带宽分别为(0.99±0.18),(0.22±0.17)和(0.69±0.16)kHz;幼仔斑海豹声信号平均持续时间为2.45s,比成年斑海豹长,频谱能量分布与成年斑海豹类似,峰值频率、3dB带宽和10dB带宽分别为(1.13±0.10),(0.11±0.10)和(0.61±0.44)kHz,其中峰值频率和3dB带宽变化范围均比成年斑海豹小.     

黄河冰凌地电预警技术初探

以黄河济南段冰凌研究为例,采用地电测试方法对黄河凌汛期典型断面进行了流凌量测试,结果显示：（1）电测深曲线的高频部分与流凌量具有明显的数量关系,高频数值越高,河水中冰凌含量越多,视电阻率值也越大;反之,则流凌量少,故高频曲线与低频曲线的差异可反映河道流凌量的多少.（2）对于同一断面,流凌与未结冰相比,曲线高频部分的弯曲特征（曲率）相似,低频部分的弯曲特征（曲率）也相似.研究结果说明,以电测深曲线分解后的高频曲线和低频曲线作为黄河冰凌预警识别指标是可行的.     

Magnetoacoustic tomography with current injection

Magnetoacoustic tomography combines the advantages of electrical impedance tomography with sonography.It can reconstruct conductivity images of biological tissue with high spatial resolution and high contrast.In addition,magnetoacoustic tomography is a new nondestructive functional imaging technology,with which we can realize the early diagnosis of human diseases.In this paper,through theory analysis we deduced the analytical formula of acoustic pressure.Computer simulation and experimental studies on magnetoacoustic tomography with current injection(MAT-CI)were made,and a copper ring was used as the model for the simulation and experiment.Experimental setup and methods are introduced,and the acoustic signals and the image of a metal object by means of MAT-CI are presented.Results of the simulation and experiment were in a good agreement.The reconstructed image of an acoustic source can reflect the conductivity information of a sample.The conductivity distribution of a sample can be obtained by means of MAT-CI.The results provide foundations of study on a model with complex conductivity distribution and tissues for MAT-CI.     

有限视角感应式磁声成像方法仿真研究

感应式磁声成像（MAT-MI）是一种融合了磁感应成像技术和超声断层扫描成像技术的新型成像手段.针对现有感应式磁声成像的研究工作几乎全部基于全视角超声扫描数据进行图像重建,在没有完整数据可以使用的情况下,重建过程可能会引入较大误差和生成图像伪影的局限性.提出有限视角MAT-MI重建方法,以不同半径的声学均匀同心球模型为研究对象,仿真出样本内涡流、声源、声压的分布,并利用快速分裂Bregman法重建出了有限视角声源图像,进而重构出电导率分布.仿真结果表明：所提出的成像方法能够准确地重建有限视角声学均匀介质中的声源与电导率分布,有助于感应式磁声成像向临床应用迈进一步,具有重要的科学研究意义与实际应用价值.     

基于声发射的混凝土破坏机理及强化方法研究

为了深入研究混凝土的破坏机理,并找到相应的提高混凝土强度的方法,分别制作了四种常用标号的砂浆试块以及四种标号的混凝土试块,并对各种试块进行了简单单调加载条件下的声发射试验,对声发射能量-峰值频率关联图进行了对比分析。结果显示:声发射信号峰值频率主要集中在25~40 k Hz和85~105 k Hz两个区段内,并且随着标号的提高,高频信号增加,最终得出了提高砂浆等级、提高骨料含量、提高骨料界面粘结力以及提高骨料强度等措施可以有效提高混凝土强度的结论。     

高速列车车内“声振”特性试验

为分析高速列车车内低频噪声主要来源,利用振动声辐射理论研究了车内声场特性与内饰板振动的关系.实验室半实物试验结果表明,内饰板振动和车内声场耦合响应特性在空气声和结构声传播过程中具有普遍适用性.应用该方法对某高速列车不同速度级、明线和隧道运行条件下的车内噪声特性进行分析.结果表明,列车运行速度越高,内饰板低频振动幅值增加越显著,这导致车内低频噪声的峰值更加突出.对于350km·h~(-1)速度工况,明线工况的低频噪声峰值主要来源于地板结构声辐射,而隧道环境下的噪声增加主要来源于侧墙和车顶结构的声辐射,并对各面板贡献度进行了定量化计算.最后,用工况噪声传递路径分析(OTPA)方法开展了噪声源贡献度定量化计算,结果表明,气动噪声所占比重最大,但振动激励的总和达60%,尤其是160Hz的峰值频率处,风机振动激励的贡献度最大.