EAST真空室内巡视系统的真空性能研究分析

介绍了EAST真空室内巡视系统(IVVS)系统对EAST真空室第一壁进行巡检操作的工作原理,并基于系统部分材料出气率测试对其真空性能进行了分析。获得了在有效抽速为1064L•s^–1的条件下,IVVS系统试验样机所采用的真空容器的极限真空度为3.37×10^–3Pa。为优化IVVS真空性能,结合材料放气率试验,将部分材料更换为放气率低的材料,对系统进行烘烤处理,并对其中的相关结构提出了优化方案。优化后系统的真空性能有明显提高,在同等抽速条件下的极限真空度在1×10^–4Pa范围内,能够满足EAST接受的真空环境要求。此外,抽气机组增添低温泵可以更进一步提高系统的真空性能。     

基于声场重建的材料吸声系数测量方法

针对现有方法对材料吸声系数进行现场测量时存在低频测量误差大的问题,本文提出了一种利用扬声器线阵列对材料吸声系数进行现场测量的新方法。该方法使用基于能量比值约束的最小二乘法在待测材料表面进行平面波声场重建并结合双传声器传递函数法对材料的吸声系数进行测量。数值仿真表明在100～1600 Hz频率范围内,新方法在未加约束时能够对材料的吸声系数进行准确测量。在半消声室中利用新方法测量了三聚氰胺泡沫的吸声系数,分析了能量比值约束值对测量结果的影响,并和阻抗管以及其它两种现场测量方法的测量结果进行了对比。结果表明该方法能够对吸声材料在160～1600 Hz频段内的吸声系数进行准确测量,并且相较于现存的现场测量方法,新方法具有更低的测量频率下限。     

基于超宽带技术的室内定位系统设计

为保障室内人员及物品安全,满足人们日常生活中对室内各个物品准确位置认知的需求,需要对室内定位系统进行设计。当前方法是利用红外线、超声波或射频识别技术对室内定位系统进行设计,系统中硬件设备昂贵,设备安装过程复杂,导致系统安装对环境要求太高,不适合应用于规模较大的室内,存在定位系统设计效率低、速度慢的问题。为此,提出一种基于超宽带技术的室内定位系统设计方法。该方法首先利用历史室内定位系统设计方法和当前室内定位系统设计需求,构建室内定位系统硬件,然后以该硬件为依据,采用模糊C均值法将室内物品特征空间信息数据,划分为若干个类,并将这若干个数据类别中数据点最多的类别留下,最后依据基于类匹配的室内粗定位和利用加权K近邻算法的室内精定位,完成对室内定位系统的设计。实验结果证明,所提方法可以准确地对室内定位系统进行设计,减少室内定位时间,提高定位效率,为该领域的研究发展提供有力依据。     

井孔中多极源在分层介质的声场模拟方法*

水平分层地层是常见的地质模型,为了获得地下水平分层介质中声波测井的响应并了解声波在其中的传播规律,需要对该模型进行声场数值模拟,通常采用基于时域有限差分的数值模拟方法。然而对于地下数百米井段的声场模拟,如何最大化地减小数值模拟的计算区域,提高计算速度和节省内存,是必须考虑的策略问题。本文中,我们提出了动态计算区域的仿真策略,给出了计算区域选取的优化方案,并通过算例验证策略的有效性。假设发射器分布在阵列接收器下方,模拟结果表明,当声源距离下方最近的分层边界超过2米时,位于仪器下方的所有分层介质可以在计算中忽略不计。对于位于阵列接收器上方的分层边界,在选取计算区域时,也同样采用类似的策略。利用这样的策略,我们连续快速模拟了多层介质中单极子和偶极子声波测井响应,其中纵波和横波速度提取结果与输入的连续分层介质参数吻合。应用这种策略,可开发出数百米甚至数千米的井孔声场连续快速仿真的数值模拟软件。     

一种基于多普勒效应的拟牛顿室内定位算法

针对现有室内定位方法,根据目标节点在运动过程中与参考信标节点间产生的多普勒效应,得到一种距离差测量方法,避免了对目标节点与信标节点间时钟同步的要求.为实现此距离差定位,提出了一种基于拟牛顿法的室内定位算法.随机选取初始猜测值,得到一个测量点的距离差信息,由此迭代得到单个测量点坐标,再将所有测得的相对位置坐标进行整体迭代并调整初始位置,直到得到稳定的初始位置,实现定位.Matlab仿真结果表明,在信噪比SNR=10时,定位误差不超过0.5m.同时,为提高定位速度和成功率,尝试用粒子群算法求初始猜测值,进一步提高算法的性能.     

一种非侵入式检测聚焦超声场的方法及装置

介绍了一种用激光通过声光折射法对聚焦超声场进行非侵入式测量的方法及装置. 该方法采用一束 直径小于声波长的平行激光束垂直入射于聚焦焦点, 通过建立焦点声压与光线最大偏转距离间的关系模型, 即可 计算出某点的声压. 通过将激光沿声轴线方向进行微小位置调节, 利用光束在聚焦超声场中由于介质折射率不同 导致的光线折射, 即可测得焦域范围的声压分布以及焦斑宽度. 所得实验测量结果与理论仿真结果对比相差不大, 证明此方法是可行的     

一种模拟大规模高频声场的双层奇异边界法

大规模高频声场的数值模拟是一项非常有计算挑战性的课题. 为了解决传统边界型离散方法由于全局支撑的满阵限制, 不易应用于大规模高频声场模拟的计算瓶颈, 本文提出了一种用于模拟大规模高频声场的双层奇异边界法. 在该方法中, 通过引入双层结构, 细网格上的全局支撑的满阵被转化为局部支撑的大规模稀疏矩阵, 传统奇异边界法模拟大规模问题时所面临的高计算量以及过度存储需求遂得以解决. 其次, 双层奇异边界法仅通过粗网格评估远场作用, 且独立于特定的插值核函数. 相较于快速多级方法, 该方法具有更强的适应性和灵活性, 且多层结构使该方法具有一定的预调节作用, 非常适合求解具有大规模、高秩、高条件数特点的高频波矩阵. 在其后的散射球模型算例中, 双层奇异边界法配置10万个节点, 成功模拟了无量纲波数高达160的声散射问题. 在对于人头模型的声散射特性分析中, 双层奇异边界法比COMSOL软件计算速度快了约78.13\mathrm{\%}. 当配置8万个节点时, 双层奇异边界法成功模拟了频率高达25 kHz 的工况, 该频率已远远超出了人耳的听力极限.      

提高成像分辨率的远场多孔声全息方法

针对远场声全息成像分辨率较差的问题,提出多孔声全息方法。利用多个小型传声器阵列进行优化布置,可以有效地提高分辨率,达到等效大阵列的声场可视化效果。首先推导了空间多孔加窗对远场Kirchhoff衍射积分声全息带来的干涉叠加效应;然后对主瓣宽度和旁瓣高度进行了定量计算,阐述了多孔优化布置方法,实现了旁瓣抑制条件下的分辨率最优;最后利用双音箱实验,验证了多孔声全息的可行性和理论分辨率,证明了多孔声全息方法的有效性。研究表明,多孔声全息的干涉叠加方法可以有效提高远场测量的重建分辨率,多孔声全息的优化设计方法可以实现旁瓣抑制条件下的分辨率最优。      

自适应直达波抑制方法在前向散射宽带信号中的应用

介绍了前向声散射目标探测的基本原理,并提出了基于自适应滤波的直达波抑制(DBS-AF)方法。将DBS-AF方法扩展到线性调频(LFM)信号中,把信号的包络视为一种广义"波形"并输入自适应滤波器。利用该方法分析了湖试数据,并得到了随观测时间变化的检测输出曲线。在曲线上直达波对应了曲线的背景输出而目标引起的接收声场畸变则对应了曲线的峰值起伏。单个通道的直达波抑制效果可以达到-5 dB左右;引入去均值化预处理能够增强直达波抑制效果,再利用多通道的接收信息,直达波被抑制到-10 dB以下。影响算法性能的主要因素是训练权值时段内接收信号的起伏和信直比。      

微纳相控线阵超声换能器参数的理论分析*

微纳相控线阵超声换能器参数(阵元数目、阵元宽度及阵元间距)直接影响其横向声场分布,而其横向声场分布是能否实现高成像分辨率、大探测深度的决定性因素,也是制备换能器的主要依据。该文利用数值模拟研究微纳相控线阵超声换能器阵元参数对其横向声场中主瓣强度、-3 dB主瓣宽度、第一级旁瓣及栅瓣的影响。结果表明,主瓣强度随着阵元数目增加而增大,随阵元间距减小而增大,随着阵元宽度的增大呈现先增大后减小的趋势;-3 dB主瓣宽度随着阵元数目和阵元间距的增大而减小,随着阵元宽度的减小而减小;此外,减小阵元数目、减小阵元间距或增大阵元宽度均可以抑制旁瓣;栅瓣在阵元间距满足一定条件时可以完全消除。通过这些研究为微纳相控线阵超声换能器的优化设计与制备提供理论参考。