低频声波定向技术研究

应用声呐基阵的设计理论，设计了一种圆柱形组合脉动球源阵。对此声源阵低频声波声场的远场进行了理论分析与仿真研究，表明此声源阵对低频声波具有指向性，通过调整此组合声源阵的结构，可改善对低频声波的指向性。     

矩形活塞声源辐射声场研究

研究了矩形活塞声源幅射声场的特性.利用瑞利积分,计算了矩形活塞声源幅射声场的声压分布,画出了声压分布图,并分析了辐射声场的指向特性.结果表明,随着活塞尺寸的增加,声场指向性将变得尖锐.这一结论为进一步研究平面型声聚焦阵提供了理论基础.根据惠更斯原理,推出了由m个矩形活塞构成的相位阵的三维声压分布,并指出了辐射声场的指向性.     

向套管井外地层中定向辐射声场的数值计算

针对过套管探测地层构造的工程需要,用实轴积分法研究套管井不同胶结状况下相控线阵声源在套管井外地层中激发的纵波声场.结果表明:在套管井胶结差时透射到地层中的能量减小,但在套管井任意胶结状况下,通过改变井孔中相控线阵相邻阵元间激励信号的延迟时间均可以控制井外地层中辐射声束的角宽和偏转方向,使声波沿着预先没定好的方向辐射;与单个点声源激发的声场相比,在声束主瓣角偏转方向,地层的纵波幅度得到了明显增强,这可从根本上增加来自套管井外地层声阻抗不连续界面的反射波能量,提高信噪比和探测能力;利用相控线阵声源向井外地层中定向扫描辐射声场的技术可提高对套管井外复杂地质构造的识别能力.     

环状活塞换能器辐射声场研究

研究了环状活塞声源辐射声场的特性.利用瑞利积分,计算出了环状活塞声源辐射声场的远场声压分布,画出了声压分布图,并分析了辐射声场的指向特性.结果表明,环带较窄时,旁瓣较大,主瓣较窄;环带较宽时,旁瓣较小,主瓣较宽.讨论了近场情况下轴上的声压分布,为进一步研究同心圆环聚焦阵提供了理论依据.根据惠更斯原理,推出了由m个同心圆环构成的相控阵的三维声压分布,并利用计算机做出了模拟图.     

旋笛式气动声源的声传播模拟及其计算结果分析

为探究旋笛式气动声源在气态介质中的传播规律,采用COMSOL Multiphysics软件研究半自由场中6.3 ～ 200 Hz频段内1/3倍频程下各频率声波的声场特征,并采用声级计与无人机对旋笛式气动声源的远场分布进行实地联合测量.结果 表明:声压级沿声源中轴线以指数形式衰减.当声波波长小于或接近于声源设备尺寸时,会...     

基于球麦克风阵列的三维空间多声源定位

由于球麦克风阵列本身结构的特殊性,目前它广泛的应用于声场录制、波束形成、声场重现和声场分析等等领域.利用球麦克风阵列的对称性进行三维空间的多声源定位,和传统的声源定位方法不一样,通过分析声波传播的物理特性,采用球谐函数声场分解的方法,研究和探讨了离散的球麦克风阵列求解多声源情况下球散射声场球谐系数的方法,同时采用球傅立叶变换的方法分析了多声源情况下声场的指向性因子的变化情况,并由该指向性因子的等高线图确定了三维空间中的各个声源方向.同时还大致分析了麦克风阵列的离散化所导致的声场分解的误差,讨论了麦克风阵列的大小、麦克风位置以及声场分解模态的高低对声源定位精度的影响,最后采用了遗传算法对球麦克风阵列的麦克风位置进行设计和优化,提出了在有实际应用条件限制下设计优化球麦克风阵列的一种方法.计算机模拟表明,基于声场球谐系数求解和球傅立叶变换的方法可以同时有效的确定三维空间中任意方向的多个声源的方向.     

深海声场的垂直相干特性

从实验上研究了深海环境中声场的垂直相干特性与海洋环境，频率，声源距离和深度，以及接收器深度和阵元间距等因素之间的关系，并通过数值模拟，分析了带限信号的垂直相干特性声源深度距离的变化，其结果可用于声目标定位。     

均匀脉动柱面声源阵高频辐射远声场特性的研究

由均匀脉动柱面高频辐射远声场处速度势函数 ,导出一类均匀脉动柱面声源阵高频时远声场处速度势、声压、声强公式。通过分析知 :这种结构的声源高频辐射具有方向性。     

充粘滞流体的裸眼井中弹性波的传播

本文分析了在圆膜声源激励下充粘滞可压缩流体的裸眼井中的声场。在小扰动条件下,导出了粘滞流体的压缩波和切变波的波动方程,并求出了解析解。结果表明声波的波幅衰减指数与声源频率的平方和粘滞系数成正比,与声波的相速成反比。     

超声聚焦系统声场分布统一计算方法的探讨

本文对常用的几种聚焦系统进行了分析,总结出了它们的共性,在此基础上归纳出计算焦区附近声场分布的统一方法。利用这种方法,只要知道了聚焦系统所形成的波阵面上的几何参数与声场参数,就可以计算出焦点附近的声场分布。包括声压增益,振适增益和声强增益等等。     

二维超声阵列换能器声束控制技术的仿真研究

超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度。二维超声换能器阵列结构岛数字声束控制技术相结合,是现代超声成像系统发展的重要方向。以二维平面矩形超声换能器阵列和二维圆环超声换能器阵列为对象,利甩仿真实验分别测试幕声束聚焦、声束激励、幅度变迹等技术对声束的控制性能。结果表明,灵活的声束控制技术组合可似有效提高二维超声换能器阵列的声束性能,突出声束主瓣,降低旁瓣与栅瓣的影响。     

基于波束形成的三维传声器阵列仿真

为研究基于传声器阵列的声源定位技术在户外环境下实现全方位、高效、便捷的声源信号定位,通过使用波束形成声源定位算法,在考虑传声器阵列的拓扑结构特性下,对各个三维阵列进行声源定位数值仿真。为验证不同阵列的传声器阵列定位效果,基于波束形成算法使用Matlab对相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列声源定位进行仿真。结果表明：相同阵元数不同分布阵型的三维传声器阵列定位声源点的定位精度存在不同的差异,且基于波束形成的三维旋排球阵列传声器阵列在全方位声源定位中结果精确度最高。可见设计传声器阵列时,应该要充分考虑到阵元个数、阵列孔径的大小及阵元间距对阵列声源定位的影响。     

基于三线交点球麦克风阵列的远场多声源定位

设计一种三线交点球麦克风阵列,利用该阵列进行球面声压采样,实现了基于平面波分解的三维空间远场多声源定位.声源定位对比实验结果表明,采用98元的三线交点球麦克风阵列进行远场多声源定位,可以提高声源定位的精度和空间分辨率,且对环境噪声具有良好的鲁棒性.     

基于奥米亚棕蝇听觉定向机制声定位系统仿生学设计

在研究奥米亚棕蝇定位机制的基础上,首先运用传递函数方法设计了一种仿生三维声定位电学装置,为此搭建了4种电路原型,电路原型由测量单元与耦合单元组成,最后讨论并优化了与提高灵敏度相关的参数。理论分析和仿真结果表明,所设计的声定位电学装置与其他装置相比,具有尺寸小、定位精度高等优点,可为进一步研究奥米亚棕蝇这种精确感知声源的能力及其对波达角的高精度定位应用提供参考。     

圆形活塞圆周阵组合声源的远场指向性

为获得强指向性声源,设计了圆形活塞圆周阵组合声源,根据复合系统的指向性理论推导出声源远场的指向性函数.仿真结果表明:声源远场辐射均匀;声频越高,指向性越强;频率一定,活塞半径增大时,声源指向性也相应增强.相比单活塞声源和活塞个数相当的矩形阵活塞声源,该声源指向性较强.对由6片PZT-4压电陶瓷晶片组成的圆周阵水声发射换能器的实测结果表明,测量值与理论值基本一致,从而证明了该指向性函数的正确性.     

实时视频定位的麦克风阵列参数初始化算法

针对移动机器人近场声源定位中,需要实时获取声源目标与麦克风阵列中心相对位置和角度的问题,提出一种基于视频定位的室内声源位置测量算法,实时地为麦克风阵列提供初始化参数,为移动机器人快速建立室内近场声源环境认知实现辅助功能。该方法利用A4纸打印的位置定位板,通过摄像头采集视频数据,逐帧寻找角点后搜索定位板中心点和顶点,以此计算出麦克风阵列到声源的实际距离和方位角度。经仿真实验分析,该算法能够在室内环境中实时快速地测量声源目标位置,为机器人后续语音定位、识别与跟踪提供辅助与校准功能,具有较强的工程实用价值。     

超声热疗中媒质特性对声聚焦的影响

以凹球面自聚焦超声换能器为例,用瑞利积分进行数值模拟计算,研究声衰减、声速、温度等参数对声聚焦的影响,并对不同生物组织中声聚焦的特点进行了比较.研究表明,不同的媒质的特性参数聚焦表现出不同的特点.声衰减系数增大,则焦斑向声源靠近且焦斑缩短;声速越大,则焦距越小,但焦域最大声压值升高,焦斑的面积增大;温度变化不大时,对声聚焦的影响不明显.     

扫描声强法测量四极子声源声功率时参数确定

以四极子声源为例,建立了以矩形测量面锯齿形为扫描路径扫描声强法测量机器声功率的误差函数的数学模型,分析了声功率测量时矩形测量面大小、扫描测量面到声源的距离、扫描线密度误差的影响.根据声功率测量误差仿真曲线,给出了测量机器声功率时矩形测量面尺寸、测量面距声源距离、扫描线密度的确定方法.依此方法确定矩形测量面几何参数,提高了测量效率,为快速准确地测量声源的声功率奠定了基础.