基于平面声全息的全空间场变换:Ⅰ.原理与算法

首先证明了NAH变换中两种Green函数变换关系式对最终的场变换结果的一致性,给出了NAH变换中主要参数之间的定量关系式,进行了滤波窗的性能优化分析。利用NAH变换与Helmholtz积分,提出了改进的远场指向性快速计算方法,与DRL方法相比,该方法对声源形状的适应性更强,计算精度更高。     

基于等效源法的平面近场声全息及其实验研究

目前的平面声源全息重建与预测的主要方法是基于FFT的近场声全息技术,但是该方法存在卷绕误差、边缘重建误差等很多固有的影响重建精度的因素,有时甚至会导致重建结果严重失真。本文提出将等效源法应用于平面声源的全息算法,由于该方法不涉及到波数域空间变换,所以避免了卷绕误差和边缘重建误差,简化了计算过程,有利于工程实际推广。文中首先从理论上推导出了等效源法用于平面声源的理论模型,并以点激励固支板的声辐射实验,验证了该方法的正确性和有效性.     

基于声压-振速测量的平面近场声全息实验研究

常规的近场声全息均是采用全息面声压或质点振速作为输入量求解,由于采用单一输入量无法分离来自全息面背向声波的干扰,因此要求所有声源均位于全息面的同一侧,即测量声场为自由声场,这种要求大大限制了近场声全息的实际应用.基于声压-速度测量的近场声全息以全息面上声压和质点振速同时作为输入量,通过建立和求解两侧声源在全息面上的声压和质点振速耦合关系,可以实现全息面两侧声波的分离,从而解决上述问题.文中在前期对声场分离技术研究的基础上,基于欧拉公式和有限差分近似,推导了新的基于声压-速度测量的平面近场声全息理论公式.随后通过实验检验了该方法在有背景源干扰情况下实现声场分离和重建的有效性.     

基于声强测量的近场声全息及其在水下声源声辐射分析中的应用

基于声强测量的宽带声全息(BAHIM)是一种新的有效的声场重建技术,在获得了测量面(全息面)上两个切向声强分量后,利用BAHIM可以预报声源的辐射场及噪声源定位。本文给出了不同声源和参数下BAHIM数值分析结果,井利用自行研制的双通道自动扫描声强测量系统进行了水下声源近场声辐射的BAHIM实验,结果证实了该方法的有效性,它增强了分析和识别噪声源的能力。     

基于波叠加法的patch近场声全息及其实验研究

提出了基于波叠加法的patch近场声全息技术(PNAH).该方法首先通过线性叠加在振动体内部“虚置”的若干不同强度的简单源产生的波场来拟合实际声场，实现近场外推，然后采用计算简便的FFT方法进行全息重建.该方法解决了现有PNAH技术近场外推过程中存在的外推精度和计算效率问题，具有外推精度高、计算速度快、实现方法简单等特点，更适用于工程计算.为了验证本方法的正确性与有效性，将其用于单点激励固支板的全息实验中，取得了令人满意的结果.     

充水有限长圆柱薄壳声散射:Ⅱ.实验

从实验和理论上研究了充水有限长圆柱薄壳的声散射。实验采用指向性尖锐的宽带收发合置换能器,发射宽带调频信号和单频窄脉冲信号进行测量,所得结果分别在时域和频域上与理论计算结果相对比,证明其吻合程度很好。理论和实验的结果表明,内部充水圆柱壳在频域上增加了一组由内部流体负载引起的附加波的共振;而在时域上增加了一系列由于声波在壳体内来回反射产生的"回音廊"式回波。频率-角度图中"碗"形亮线出现分簇的原因解释为前几种模式"回音廊"式回波叠加的结果。      

基于Hilbert变换的水下多源声信号频率的相干探测

为实现水下中低频声信号的探测识别,通过研究水下多声源相干探测信号的特征,理论上给出了相干探测信号频谱混叠情况下的特征表达式,并提出了一种基于Hilbert变换的信号解调处理方法,实现了水下多声源相干探测信号频谱混叠情况下各声源发声频率的解调.该方法将探测信号经过滤波平滑处理之后进行Hilbert变换,得到信号的解析形式,然后对解析信号模值的平方进行二次滤波平滑等处理,分离混叠在一起的频带,将得到的信号进行频谱分析,根据频移值计算得到水下各个声源的发声频率.在光学暗室下搭建激光相干探测系统,对2~6kHz的水下声信号进行实验,实验结果表明,该方法可以有效分离探测信号中混叠在一起的信号频带,并准确提取各水下声信号的发声频率,频率提取重复性不大于2.5Hz.     

基于平面声源进行结构声辐射有源控制的实验研究

采用分布式平面声源作为次级声源,对振动钢板的声辐射进行了抵消实验,验证了以往研究中的一系列关键理论。实验研究结果表明:一个平面声源可以控制钢板奇-奇模态的声辐射,两个平面源可以控制结构偶-奇或奇-偶模态的声辐射,同时也可以控制结构奇-奇模态的声辐射;平面声源的面积和布放位置对降噪效果有重要影响,采用单个平面声源控制时,平面声源面积越大,控制效果越好;基于近场声压的误差传感策略是有效可行的,实际中,将近场测量面的声功率作为有源控制的目标函数与总声功率作为目标函数是一致的;控制后远场声压和声强都得到有效降低,部分区域的声能向声源流动,近场声压及声强分布也发生显著变化。     

基于一维声栅共振场的大规模微粒并行排列的实验研究

声操控微粒技术可以非接触无损伤地控制声场中的物体运动,其在精密制造、材料工程、体外诊断等领域具有广阔的应用前景.传统声操控微粒技术一般采用自由声场,如利用单个换能器或阵列换能器产生的聚焦声场、行波场或驻波场等.然而,一般单个换能器产生的声场仅能操控单个微粒;而阵列换能器的驱动系统复杂,导致操控器件成本高昂且难以微型化;因此,亟需研究新的声场形态实现多样性微粒操控.本工作中,采用单个换能器产生的平面波激发一维声栅的共振声场,实验实现了大规模泡沫微球的周期排列操控.其操控机制是由于声栅狭缝中法布里-珀罗谐振声场与声栅表面周期衍射场共振耦合,在声栅表面形成周期分布的局域梯度声场,导致微粒在平行于声栅表面受到声捕获力,在垂直于声栅表面受到指向表面的声吸引力,实现了微粒周期排列在声栅表面上.该工作为利用超声在空气中大规模排列微粒提供了理论基础和技术支持.     

低频大功率稀土磁致伸缩弯张换能器的有限元设计理论及实验研究:Ⅱ.实验部分

对研制出的换能器弯张亮体及换能器的振动模态进行了测试,与理论计算相符;对换能器的声学性能作了测试:水中诸报频率为1.16kHz,带宽为680Hz,机械品质因数Q_m为1.71,单位电流发射响应在谐振频率处达到186.1dB,电声效率为13.1%.