三维声强测量系统的标定技术

三维声强技术的发展对于声学测量领域具有重要的意义,三维声强标定技术是保证三维声强测量精度的前提条件.采用传递函数法标定三维声强测量系统,并在全消声室中采用经标定后的三维声强测量系统测量正四面体传声器的幅值误差和方向性误差.为了简化计算,在保证精度的前提下将测量环境近似为平面波声场.由全消声室实测结果可知:采用文中所述三维声强校准系统可保证声强探头具备较高的测量精度,在f=1000Hz时,幅值误差仿真和实测的差值小于1. 4 dB,方向性误差仿真和实测的差值小于10°.     

三维声强阵列测试精度的对比及数值分析

针对四面体及六传声器布置形式的声强阵列测试精度进行数值计算,比较了两种阵列的幅值测量误差及方向判断误差,并通过消声室的测试分析验证数值计算结果.研究结果表明:随着频率的升高,声强测量的幅值误差也相应增加;声强阵列的半径小于0.012 7 m时,频率为6 k Hz时两者测量幅值误差均超过2 d B.在方向性误差判断方面,四传声器比六传声器存在较大的优势.在kd(波数与传声器声强阵列半径的积)小于1.6时,四传声器声强阵列的方向误差判别小于1°.四传声器声强阵列降低了声强测量的硬件系统要求,但在中频阶段完全可以用于相关的建筑声学测试.     

电压互感器宽频误差自动测量装置及试验研究

为准确测量电压互感器的宽频误差,基于测差原理,运用锁相放大器和Lab VIEW技术,研制了一套电压互感器宽频误差测量装置,实现了互感器误差测量的自动化与智能化。介绍了宽频误差测量基本原理及装置整体设计方案,并通过工频误差校准、自校结果比对、频率特性及稳定性等试验,对该装置的性能进行了测试与验证。测试结果表明,装置在50 Hz～10k Hz范围内,其比差测量精度优于5×10~(-7),角差测量精度优于0. 2μrad,且频率响应特性十分平坦。     

冲击载荷作用下超空泡水下航行体的结构响应

基于超空泡体运动特点,采用理论分析方法近似确定了作用在超空泡水下航行体上的冲击载荷及其在航行体尾部的分布,并用有限元法研究了冲击载荷作用下超空泡水下航行体的结构响应.数值计算结果表明:冲击载倚作用方向引起的响应非常大.达到了300 m/s<'2>的量级,并且引起了另外2个方向的响应.在超空泡体运动方向,其轴向频率为23 Hz,27 Hz,46 Hz,63 Hz和72 Hz时响应幅值最大,对结构的影响最明显.超空泡体垂向振动频率为24 Hz以内时引起的响应最为显著,且随着频率的升高响应幅值有减小的趋势.得到的结果对超空泡体结构设计具有指导意义.     

一种正弦波信号频率幅值的高精度估计方法

为了提高正弦波信号频率和幅值的频域估计精度,提出了窗函数迭代逼近方法.Matlab仿真结果表明,该方法切实可行,估计精度可以提高4~5个数量级,且与频率偏差δ基本无关.     

煤体单轴压缩过程电磁辐射时-频特征

为提高电磁辐射监测方法的准确性,采用单轴压缩实验方法,分析煤体受载破坏过程电磁辐射时域、频域及波形变化特征,并对其变化机理进行探究.研究结果表明:煤体单轴压缩过程中电磁辐射脉冲数、能量值、波形主频及幅值均与所受应力近似呈正相关关系,煤体受载破裂过程中,电磁辐射的主频与幅值不断增大,并在煤体失稳时达到最大,电磁辐射脉冲数、能量值、主频或幅值的急剧增加可以作为煤体失稳的前兆特征;煤体电磁辐射的频带为1 Hz~500 k Hz,煤体失稳破裂时主频达到最大值202 k Hz,随着加载的进行,频带内各频率幅值分布逐渐集中于主频附近;煤体破裂过程电磁辐射特征变化与外部载荷输入的机械能有关.     

频谱校正中频率-幅值估计的一种新方法

指出了导致频谱误差的根本原因是标准DFT计算中的频率初始点为零,并由此提出一类新的频谱校正方法——初始频率扫描法,包括单频率估计方法和全频段估计方法.该方法以幅值最大为判据准则,以一个频率分辨力为寻优区间,通过调整DFT计算的初始频率点实现对频率和幅值的最优估计.验证结果表明,该方法估计精度较高,能够稳定保持在10-3数量级,且估计精度对信号点数的要求不高,同时,噪声的强烈程度对估计精度影响并不显著,说明该方法具有很强的实用性.     

六自由度电磁敏感定位系统信号发生器

为解决六自由度电磁敏感定位系统信号发生电路模拟器件受温度影响产生的时序控制漂移与正弦信号质量降低的问题,根据直接频率合成技术DDS(direct digital frequency synthesis)原理,采用CPLD(complex programmbale logic device)数字控制技术,设计了一种新型的时序正弦信号发生电路.该电路具有输出信号频率稳定、频率精度与分辨率高、kHz级正弦信号的频率分辨率为1 Hz、相位连续、易于程控、频率改变不存在失调过程等优点.由数字控制技术产生的时序控制信号稳定性较高,精度为ns级,提高了系统定位计算精度,使系统定位距离误差小于1 cm,角度误差小于1°.     

提高工频电流电压基波计算精度的Fourier均值算法

准确、快速地采集和计算出电力系统实时电压和电流的基波分量的有效值 (或幅值 )和相位对于保证电力系统的稳定、安全和经济运行十分重要。其精度和速度也是各种微机继电保护和自动控制装置的重要性能指标。然而 ,当电力系统频率偏离 5 0 Hz时 ,在定采样间隔条件下 ,利用快速Fourier变换 (FFT)计算电压和电流的基波 ,会产生较大的误差。该文提出一种简单实用的基于 FFT的均值算法 ,它可以明显地提高基波电压和电流向量的计算准确度 ;利用该算法 ,可使电力系统频率在偏离额定频率± 2 Hz时 ,基波幅值计算结果的误差 <0 .5 % ,相角误差也明显减少。     

大型喷杆运动模拟器设计与田间工况复现试验

针对喷雾机田间作业工况开展了喷杆运动模拟平台Stewart并联机构的设计,确定了平台的性能指标(最大负载、幅值、频率)和机构运动学参数(铰关节位置、驱动腿行程、工作空间等),通过MATLAB和ADAMS建模与运动仿真,验证机构设计参数的合理性,并设计了6个伺服电动缸的分布式控制系统及上位机软件,搭建了六自由度喷杆运动模拟平台.通过正弦轨迹跟踪试验和扫频测试数据可知,模拟平台可以实现10.0 Hz以下时域波形的复现,并准确获取了28 m喷杆摆式悬架的频响特性.同时,使用基于双GPS辅助惯性姿态测量系统,采集喷雾机在农田作业时运动姿态数据,通过五点三次平滑预处理和低通滤波处理,在六自由度运动模拟器上进行了10.0 Hz以下田间运动时域全波形复现,动平台滚转角均方根误差为0.297 0°,垂向位移均方根误差为15.7 mm.     

La掺杂BiFeO_3薄膜的铁电性能分析

为了研究La掺杂BiFeO_3(BLFO)薄膜的铁电性能与频率的相关性,采用溶胶-凝胶法和高通量组合材料技术快速制备了不同La掺杂物质的量分数(0、5%、10%、15%、20%和25%)的BiFeO_3铁电薄膜.利用X线衍射分析仪(XRD)对样品的晶体结构进行分析,并测量掺杂样品的电滞回线(P-E)和漏电流特性(J-V),通过改变测试频率研究Bi_(1-x)La_xFeO_(3±δ)薄膜电学性能的频率依赖性.结果表明:560℃时所有样品均为纯相;在频率为10 k Hz的条件下,La掺杂物质的量分数为15%的样品具有最大的剩余极化值Pr,约为42.2μC/cm~2;电压为1.5 V时,漏电流密度最小,约为0.010A/cm~2;频率为100 Hz时,样品的剩余极化值远小于10k Hz和100k Hz,10 k Hz频率下样品的剩余极化值最大.     

汽车风洞试验段非定常流场的试验

采用三维热线风速仪测量了不同工况下某全尺寸汽车风洞1∶15模型风洞试验段内的非定常流场.对测点自功率谱密度(PSD)分析表明,对于喷口风速小于37m.s-1的低速工况,湍流能量主要集中在20Hz附近,当喷口风速为25m.s-1时,该频率对应的PSD数值最大;喷口风速大于37m.s-1的高速工况,湍流能量主要集中在43Hz附近,当喷口风速为41m.s-1时,该频率对应的PSD数值最大.无论是高速工况还是低速工况,气流从喷口到收集口处脉动速度的振动幅值都逐渐增加,且在高速工况下的脉动速度幅值增量明显大于低速工况.通过试验还发现脉动速度在收集口角度为0°的工况下的振动能量远高于收集口角度为15°的工况.     

基桩动力稳定性模型试验研究

为探讨动力荷载作用下基桩的动力稳定性,在大型地槽中以均匀细砂模拟桩周土,分别构造不同桩径、桩身埋置率及边界条件的基桩.通过协调加载系统在桩顶施加不同幅值与频率的简谐振动荷载,利用埋设的传感器采集桩身及桩周土的应力应变等动力响应,经对比分析获得桩径、埋置率、荷载频率与大小等参数对桩顶位移的动力影响规律,并验证了基桩的参数共振现象.研究发现:频率观测值小于理论计算值,可用取值为0.5～0.8的系数k予以调整,且动荷载幅值越大、桩周土越深,k的取值就越偏小.     

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。     

倒置式轴承动特性试验台建模及参数识别精度

针对滑动轴承倒置式试验台,建立了轴承转子动力学模型和动特性系数测试的频域模型,提出了基于正反动力学仿真的动特性系数识别的精度评估方法,重点分析了测试误差和激振频率对动特性系数识别精度的影响.结果表明:刚度阻尼系数的识别误差与幅值误差的大小基本成正比;相位误差对主刚度和交叉阻尼影响很小,对交叉刚度和主阻尼影响较大;当同时存在幅值和相位误差时,对动特性系数识别精度的影响为两种误差单独影响效果的叠加.当采用单频激振法测试轴承动特性时,宜在低频和共振频率附近分别进行两次测试.低频范围内主刚度和交叉阻尼识别数据较为可信,而在共振频率附近主阻尼识别误差小;交叉刚度对相位误差敏感,只有当相位误差很小时识别结果才较为可信.     

适用于输电线路暂态分析的频率相关模型

为提高电力系统电磁暂态计算精度,输电线路元件模拟常用分布参数,电磁暂态仿真软件中,也有与之匹配的输电线路频率相关模型。为验证ATP与PSCAD中该模型的精确度,提出一种时域仿真反推算输电线路衰减系数的方法,通过卡尔松公式计算输电线路理论衰减系数;分别建立输电线路电磁暂态仿真模型,使系统在某一频率下进行暂态仿真直至稳态,分析线路中点与末端电压波形,利用稳态参数反推算其衰减系数,比较在不同频率下与理论计算所得衰减系数的误差;通过对比输电线路参数理论计算值与仿真计算值,分析误差产生的原因。结果表明：输电线路暂态过程中,高频下的衰减系数远大于工频。随着频率的升高,输电线路参数正序、零序的衰减系数都逐渐增大,且零序表现的更为明显,在频率为50 000 Hz时,其衰减系数可达到工频时的17倍;比较理论与仿真计算结果,ATP中的频率相关模型参数计算比较精确,50 000 Hz时计算出衰减系数误差为0.66%,PSCAD中衰减系数误差较为明显,50 000 Hz时计算出衰减系数误差为3.41%,且随着频率的增大,衰减系数误差也越来越大。究其原因,PSCAD中线路参数计算得到的电阻值偏大,其与程序中求解...     

频率偏移情况下的同步相量修正

针对频率偏移导致离散傅里叶变换的幅值和相角的误差,提出了一种关于同步相量修正的方法,解决了在频率偏差较小时可能出现的0/0型数据漂移的问题,并分别利用一次和二次函数的一致逼近,对修正方程进行化简,得到工程实用的幅值修正表达式.幅相空间表明,频率偏差将原来圆形特性变为椭圆特性,通过对椭圆极坐标方程进行了合理地简化,避免了...     

基于三维声强法的吸声系数测量研究

传统的测量吸声系数的方法主要有混响室法和驻波管法,这类方法易受实验条件限制,在实际工程中的应用有一定的局限性。本文中使用四传声器,基于所测量的三维声强的矢量特性,通过前后两次分别测量被测试件和全反射板反射的声强幅值来计算相应的吸声系数大小,提出了一种新的测量斜入射吸声系数的方法;该方法在测量材料吸声系数的同时,还可以测出声波的入射角和反射角。首先进行了三维声强法测量吸声系数的原理分析;然后利用软件对该系统进行数值仿真,探讨了不同频段、不同吸声系数和不同入射角下吸声系数的测量误差;最后,利用该方法对3种材料进行实验测量,将结果与驻波管法测量得到的结果进行对比,并检验其方向性误差。结果表明:该方法在630～4 000 Hz频段内测得的吸声系数与驻波管法测得的吸声系数的误差在±0.02～±0.10间,方向性误差在1°～6°之间;从0°到80°的不同入射角下方向性误差在1°～3.5°之间。     

三维参数联合估计的免疫记忆量子克隆算法

针对信号相位匹配奇异值分解(SVDSPM)算法中参数联合估计耗时长的问题,提出了免疫记忆量予克隆算法(IMQCA).该优化算法引入模拟退火机制修正量子旋转门函数的旋转角度值,构建记忆单元保留进化历史最佳抗体,并结合克隆算子加速种群收敛.由SVDSPM平面阵算法构造了IMQCA的目标函数,提出了同时估计信号方位角、俯仰角和频率的SVDSPM联合估计算法.仿真结果表明,IMQCA算法的方位估计精度与传统的SVDSPM算法相当,但计算耗时仅约为后者的10 %,且低信噪比下的性能优于MUSIC方法.在-10 dB信噪比下,IMQCA所得方位角、俯仰角和频率的标准差分别比标准遗传算法小6.659°、9.645°和28.634 Hz,比量子免疫克隆算法小0.789°、1.075°和0.864 Hz.     

传声器次声段幅值与相位灵敏度影响因素分析

次声波广泛存在于人类活动中,传声器是目前应用最广的次声测量仪器。通过活塞发生器原级校准得到的传声器幅值灵敏度和相位灵敏度是衡量传声器声学性能的关键指标,也是保证测量精度的前提。传声器固有的结构性能参数是其灵敏度特征的构成因素,基于内外均压校准模式下的传声器次声段灵敏度参数化模型,理论分析了背腔内的泄漏与热传导因素对其幅值与相位灵敏度响应的影响,在COMSOL多物理场仿真软件中对不同泄漏与温度传递条件下的传声器次声段灵敏度校准过程进行了联合数值模拟。仿真结果表明,传声器背腔泄漏会造成内均压校准中幅值灵敏度的明显衰减,并产生最大90°的相位超前,但对外均压校准响应影响极小。