大气中一种低频次声波观测研究

分析大气中存在的一种低频次声波。利用宽频带次声测量传感器阵列组成的广域分布网络,对此种次声波进行了近5年不间断的检测。对所测次声信号的观察统计发现,它与自然事件密切相关。对这种信号波形、频谱、时频图及相关性进行分析进一步发现,该波通常以一组或间歇性多组形式出现,频率主要在0.001~0.02 Hz之间、幅度一般可达50~200 Pa。在2008年3月20日新疆于田地震、2008年5月12日四川汶川地震以及2009年10月29日陕甘川三省交界处的地震前,均检测到了大幅值的低频次声波。本文的分析结论对研究大气次声波的多样性及其与自然现象的关系提供了新的参考,对地震信息探测具有一定的实际意义。      

一种用于高压输气管道泄漏检测的次声传感器的研究

研究了一种用于检测高压输气管道泄漏次声波的次声传感器。针对管道泄漏频带宽,频率低的特点,该次声传感器换能元件选用电容式传声器,设计了一个前端耐压壳,将前端敏感单元与前置放大器隔离,可耐12 MPa静态压力;通过对比信号放大电路,实现了对调制电路优化设计,使得在1 Hz以下频段仍有较高灵敏度,传感器自噪声降低;该传感器只对声波敏感,对振动的灵敏度平均值1 mV/g,具有很好的抗振动干扰性能。测试结果表明：该传感器能有效地检测到声波信号,频率响应范围0.5 Hz至300 Hz,覆盖了管道泄漏次声频带和低频可听声频段,不放大的Ⅰ档灵敏度200 mV/Pa,Ⅱ档和Ⅲ档分别将信号放大5倍和20倍,输出信号的自噪声小于15 mV,该传感器可适用于天然气输气管道的泄漏监测。     

汤加火山喷发所产生的次声波

2022年1月15日汤加火山发生了剧烈的喷发。在火山喷发后的8 h 39 min,距离火山喷发位置10151 km的昆明次声台阵记录到很强的次声波信号。次声波波列前几个周期平均为443 s,传播速度约为321 m/s,其波形幅度与频率随时间变化与核爆炸产生的次声波形相似。采用相关检测方法估计次声信号的方位角为119°。在持续监测中,还观测到了火山喷发产生的次声信号沿反方向绕地球到达的信号和沿正方向绕地球一周后再次到达的信号。      

电容式次声传感器频率特性研究

研究了次声传感器的频率特性的分布情况,定量分析了次声传感器组成部件参数对幅频特性的影响。通过求解次声传感器前后腔内的次声波动态方程得到频率响应模型和截止周期误差模型,选取一批进气口、均压管和膜片相对误差在5%之内的部件,与体积相对误差控制在0.1%之内的前后腔体部件组装成32个次声传感器并对其进行校准实验,校准结果表明该批传感器的截止周期分布在540 s至610 s区间,根据截止周期误差模型计算的理论变化区间范围为530.6 s至614.9 s区间,二者的一致性验证了模型的有效性,为控制次声传感器截止周期一致性和传感器批量精细设计提供了理论指导。      

台风产生次声波的测试及其应用

海上风暴激起的驻波式大浪可以辐射出次声波[1].如果能在远距离接收到台风产生的次声波,并测定出它的方位,那么就可以用次声方法探测台风. 我们自1975年开始在广东、福建和浙江等地设置了许多次声观察站,在福建省气象局和海军部门的协作下,记录到大量台风产生的次声波.说明了次声方法可以用于探测台风.在试验中发现今年8号台风次声信号发生异常,与台风突然转向并登陆有一定联系.声压异常变化与台风转向在时间上有相应提前量,如果今后试验证明它具有普遍性,那么次声方法将可用于预报台风路径. 本文叙述次声测试方法及其结果、台风产生次声波…     

简易次声振动及监测实验装置设计

本装置利用低频扬声器作为模拟次声振源,并基于光反馈自混合干涉原理,将次声信号转换为自混合干涉信号,利用快速傅里叶变换进行分析,进而得到次声波的频率和强度.实验结果表明,该装置能够准确地测量出次声振动频率,并对其幅度进行监测.装置光路简单,结构紧凑、易实现,可推广应用于次声波检测的实验教学和监测实践.     

基于薄膜动圈式的次声波监测装置设计

基于薄膜动圈式声-电转换原理,利用次声波产生的空气微压波动带动薄膜上线圈受迫振动,引起线圈内磁通量的变化产生感应电动势,将声信号转换成电信号进行采集,设计便携式次声监测装置.在模拟简谐次声环境中的测量结果表明,该装置能够准确地测量出振动频率,并对其幅度进行监测.     

强地震的前兆次声波研究

利用在北京昌平安装的次声三点阵,对强地震前兆次声波进行了5年的连续观测。统计分析结果表明:强震前约10天内常能测到振幅很强的前兆次声。其三维动态频谱的特点是,振幅由弱逐渐加强,达到极值后变弱;先为长周期波(10-20分),紧跟着短周期波(5-10分),然后又出现更长的周期波,最后长短周期波一起出现。提前时间与三点阵到震中距离之间没有明显的关系,与震级之间也没有明显的关系。     

基于小波分解的岩石破坏次声信息特征研究

次声探测是近年来在自然灾害临灾预警领域兴起的一种新方法,具有广阔的前景。为了研究岩石破坏次声信息特性,在室内试验的基础上采集了砂岩试件破坏前的次声信号,借助小波分析方法对信号的能量特征进行了分析。结果表明:岩石变形破坏次声信号能量主要集中在4～8 Hz的中频带和8～16 Hz的高频带两个频率范围内,中频带能量大于高频带能量,同时在低频带0～4 Hz内也存在一定的能量分布。随着岩石变形破坏程度的增加,次声信号的中低频带能量在相对减少,在岩石临近破坏前,次声信号的中低频带能量与高频带能量的比值接近1。上述特征的发现,为岩石破坏次声信号识别以及破坏前兆预警提供了重要依据。     

飞秒激光加工微悬臂梁薄膜光纤声波传感器

设计并制作了一种光纤微悬臂梁传感器,由于悬臂梁在受迫振动过程中不会产生拉伸变形,与四周固定的圆形密闭薄膜相比,会产生更高的声波灵敏度。采用飞秒激光加工制作微悬臂梁薄膜光纤声波传感器,制备出长宽均为500μm,厚6μm的微悬臂梁结构。通过实验得到其反射光谱对比度为8.8 dB,自由光谱范围为7.72 nm,理论计算得光纤法布里-珀罗腔长为155.6μm。研究结果表明,该光纤声波传感器在2 200 Hz处出现明显的共振峰,对应的声压灵敏度为414 mV/Pa,在300 Hz时有最大的灵敏度675 mV/Pa,与普通硅橡胶薄膜声波传感器相比灵敏度显著提高。理论计算硅橡胶微悬臂梁光纤声波传感器的一阶共振频率为198 Hz,与实验测得的共振频率较为接近。同时悬臂梁传感器的声压灵敏度可达675 mV/Pa,声压响应线性度为0.994。