基于圆形麦克风阵列的声源定位改进算法

针对波达方向估计中传统互功率谱法声源方位估计准确性差、方位模糊的问题,提出了一种基于圆形麦克风阵列的声源定位改进算法,并进行了实验验证。在该改进算法中,先设计了十二元圆形麦克风阵列,由麦克风对接收语音信号的时延与相位得到相位旋转因子,再将其引入到语音信号的互功率谱中,新定义了圆形集成互功率谱,由该功率谱进行声源方位估计。仿真与实测实验结果表明,本文的圆形集成互功率谱法对声源方位进行估计,估计的准确度高于传统互功率谱法。     

基于时间反转理论及压电阵列技术的损伤图像监测方法

结构损伤的监测、定位和辨识技术是结构健康监测研究中一个热点,也是当前研究的难点之一.针对结构损伤图像辨识研究的难点,分析了时间反转聚焦原理,结合压电阵列技术,提出了基于时间反转聚焦方法的板结构损伤图像监测方法,并进行了实验验证研究.实验结果表明该方法能较为有效地表征损伤特征和范围,实现简单,有助于结构健康监测的实用化.     

基于RSS室内定位中极化敏感圆形阵列研究

针对当前DOA估计中基站布设复杂和阵元间距受限的问题,提出了一种极化敏感圆形阵列单基站定位方法。通过对圆形天线阵列布设进行分析,根据信道传播模型得到阵列接收信号,进而利用深度学习模型实现定位。在考虑电磁波极化特性的基础上,经过对圆形天线的数目以及基站的规模大小进行分析研究,最后给出一种比较理想的基站布设方式。仿真结果表明,上述圆形阵列定位模型实现了较为精确定位,对阵元间距降低了要求,增强了可行性和实用性。     

非接触式旋转压电发电机建模及仿真分析

针对传统的机械撞击式旋转压电发电机因机械碰撞压电发电单元导致发电机寿命较短的问题,提出了一种使用永磁铁传动的非接触式旋转发电机结构,并对发电机结构进行了理论建模和仿真分析。研究表明,当阵列的压电双晶梁固有频率相同时,发电机存在一个最佳转动速度,该速度乘以驱动轮阵列永磁铁个数等于压电双晶梁的一阶固有频率。驱动轮半径以及驱动轮到压电双晶梁间距越大,发电机能量输出越少。当阵列压电双晶梁固有频率不同时,以两个压电双晶梁为例,发电机转速在18. 0 rad/s(33. 0～51. 0 rad/s)范围内,输出功率超过1. 5 mW。研究结果为宽频发电机的设计和优化打下了基础。     

直升机桨叶阵列式压电模态传感器的故障诊断

提出了一种基于加权系数的直升机桨叶阵列式压电模态传感器的故障诊断方法。以直升机桨叶为例，以圆形锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷作为压电传感单元。将实验曲率模态作为加权系数设计阵列式压电模态传感器，对PZT在使用过程中易出现的破损和脱层故障进行了实验研究。实验结果表明，基于加权系数的阵列式压电模态传感器的故障诊断方法能对压电阵列中的损伤单元进行准确地定位，且其诊断结果具有很高的置信度；所提出的损伤因子可在一定损伤范围内作为损伤程度的指示参数。     

双幅正弦波激励频移法的压电石英传感器用于测定凝血时间

快速凝血检测技术在医学诊断领域具有重要应用价值，为了降低样本加入过程的扰动，文章开发了一种双幅激励的压电石英体新型凝血监测系统。该系统采用两种振幅正弦波分别对压电石英体进行激励，通过快速扫频技术测得其在不同激励电压下的谐振频率，所获得的频率差作为测量信号与液体粘度存在良好的线性关系。在血液凝固过程中，介质粘度会发生显著变化，压电石英体双幅频移信号可实现对血液凝固过程的实时动态监测。采用直径8 mm（电极直径3 mm）、基频10 MHz小型镀钛石英晶体设计出一次性微流控PQC检测片，成功用于微滴（15μL）毛细自动进样凝血过程的监测。对比传统单振幅激励PQC血凝监测系统，压电石英体双幅频移监测系统具有灵敏度高、重现性好的优势。使用该系统与商用电化学凝血仪分别对血样凝血时间进行了检测，结果显示两者数据具有很好的相关性。     

压电传感技术的研究及应用

介绍了压电传感器的分类和测量原理,综述了国内外压电传感技术在航空航天、土木、机械、交通、医学等领域健康监测方面的主要应用实例。介绍了基于压电传感测试技术的桥梁振动监测研究,最后讨论了压电传感器在进一步实用化过程中面临的困难和需要解决的问题,并对其应用前景做了展望。     

背衬对埋入混凝土中压电陶瓷电-声特性的影响

传统超声脉冲法不能对混凝土质量进行实时健康监测,将压电陶瓷埋入混凝土中构成的压电埋入式混凝土机敏模块能够进行混凝土结构的在线监测,但由于压电陶瓷在埋入混凝土后其电-声性能受到较大影响,能够激励的声信号能量弱、信噪比低,很难应用于噪声干扰强、待检测结构厚的场合。针对这一问题,提出了通过在埋入混凝土中的压电陶瓷上层合金属背衬的方法,提高声能的利用率和指向性。分析了在不同背衬厚度和不同激励频率条件下接收信号的时、频域特征。结果表明,经过层合金属背衬处理后的超声信号的能量提高了2～6倍,且这种方法并没有影响超声检测信号的波形及频率成分,具有较高的可行性。     

压电薄膜传感器及其在心脏监测中的应用

介绍了应用有机高分子压电材料聚偏氟乙烯(PVDF)制作的压电传感器和结合电子线路进行的心音监测试验.压电薄膜传感器的设计利用了阻抗变换器,使PVDF膜的高阻抗输出变为低阻抗输出,输出阻抗为3kΩ左右,并在后续电子线路中设计了高信噪比的放大电路,可对信号进行有效的放大;配合单片机、存储器等芯片技术研制出初步监测心音心电信号的监测系统,能进行心音心电信号数据的采集、传送、处理.实验表明,该薄膜传感器与整机之间结构、性能完全匹配,该心音心电监测系统能够准确监测人体心音心电信号.     

基于CRIO和无线传输的结构损伤主动监测系统设计

飞机结构损伤监测技术是确保其结构完整性、可靠性和安全性的关键技术。为了实现飞机大面积曲面结构的主动损伤监测，利用柔韧性良好的0-3型压电涂层复合材料和Lamb波传播距离远及对细微缺陷的高敏感性，基于CRIO(Compact RIO)平台和LabVIEW环境设计了结构损伤监测的软硬件系统。系统由激励探头、压电涂层传感器阵列、CRIO数据采集平台、WiFi无线传输网络、监测中心上位机及软件等部分组成，研制的压电涂层传感器能够较好地贴合于机翼等曲面结构，应用CRIO技术实现了测试设备的可重复配置与快速测试，无线数据传输能够克服大量传感器布置带来的布线复杂问题。将该系统应用于曲面铝板损伤监测模拟实验，验证了该系统测试信号的有效性和损伤定位结果的准确性。     

基于SVD的二维子空间拟合DOA估计

改进传统子空间拟合波达方向(DOA)估计方法,以快拍数据矩阵的奇异值分解代替接收数据协方差矩阵的特征值分解,用奇异值和奇异值矢量进行信源数估计,避免协方差矩阵估计,减少运算量和矩阵估计误差。根据已有子空间拟合的一维修正变化投影(MVP)算法原理,推导出二维MVP算法实现步骤,对基于均匀圆阵的接收信号进行二维DOA估计。     

Fabrication of PZT nano dot array and their ferroelectric properties

This paper demonstrates a promising and low-cost method for fabricating PZT nano-dot array by using sol–gel template method combined with laser interference lithography. ZrO₂ template with the pitch of 1?μm is firstly fabricated by sol–gel method and laser interference with a 325?nm He-Cd laser. Afterwards, PZT nano dot array with diameter of 500?nm and thickness of 20?nm is prepared on the ZrO₂ template. Atomic force microscope results show that the PZT nano dot array is uniform and highly ordered. Ferroelectric properties of PZT nano dot array are in situ measured through online-operation of TF analyzer and AFM. A ferroelectric hysteresis loop is obtained for the PZT nano dot.     

一种附加约束的ESPRIT测向方法

经典旋转不变技术（ESPRIT）算法测向估计性能在大多理论情况下接近于克拉美罗下界,且其在计算量方面要明显优于多信号分类算法（MUSIC）。本文首先论述了经典ESPRIT方法,描述了广义特征值分布在单位圆附近的实际工程应用情况,并提出了一种将广义特征值附加约束在单位圆上的修正ESPRIT算法。理论分析和仿真实验表明,该算法同经典的ESPRIT算法相比,当阵列存在几何误差的情况下,可明显改善测向估计的性能。     

基于改进圆形靶的圆心自动提取与排序

针对传统圆形靶不便于相机全自动标定、特征圆圆心提取精度不高以及圆心点阵排序受圆形靶旋转角度影响较大的问题,设计了适用于相机全自动标定的圆形靶,并针对该靶,提出了基于随机抽样一致的最小二乘圆心拟合法和基于向量夹角的圆心点阵顺序排序法。实验结果表明,采用该圆心提取算法,平均拟合误差为0.006?1个像素,相比传统的最小二乘拟合法,精度较高;对于标定靶0°~360°角度的旋转,均能够快速且准确地完成圆心点阵排序,平均排序时间为0.009?6?s,易于实现在线的相机全自动标定。     

微压电复合材料超声波探测器的制备及应用

基于微细加工工艺,设计并制备了一种指向性良好的压电复合材料的超声波探测器。该探测器由压电振子、阻尼器、中继板和特高频（UHF）连接器构成。压电振子由4×4个（80μm×80μm×130μm）（长×宽×高）的锆钛酸铅（PZT）压电柱状阵列及阵列缝隙填充环氧树脂而构成。当压电振子施加高频交流电压时,柱状PZT阵列产生纵向伸缩运动,从而产生超声波并向介质辐射。作为填充材料的环氧树脂,能够吸收掉因柱状PZT阵列其他方向振动而引起的噪声,使探测器在纵向上能产生指向性良好的超声波,从而提高了该探测器的灵敏度。测试结果表明,该微压电探测器指向性好,灵敏度高,精度高和抗干扰性好,可应用在泥沙的含水量测量中。     

Theory and Design of Soundfield Reproduction Using Continuous Loudspeaker Concept

Reproduction of a soundfield is a fundamental problem in acoustic signal processing. A common approach is to use an array of loudspeakers to reproduce the desired field where the least-squares method is used to calculate the loudspeaker weights. However, the least-squares method involves matrix inversion which may lead to errors if the matrix is poorly conditioned. In this paper, we use the concept of theoretical continuous loudspeaker on a circle to derive the discrete loudspeaker aperture functions by avoiding matrix inversion. In addition, the aperture function obtained through continuous loudspeaker method reveals the underlying structure of the solution as a function of the desired soundfield, the loudspeaker positions, and the frequency. This concept can also be applied for the 3-D soundfield reproduction using spherical harmonics analysis with a spherical array. Results are verified through computer simulations.     

基于模式空间算法的声源二维DOA估计

针对传统高分辨率谱估计法估计远场声源波达方向（direction of arrival, DOA）时计算量大、对相干信号估计失准的问题,本文提出一种改进的基于圆形麦克风阵列和四阶累积量的声源二维DOA估计算法。该算法结合了圆阵定位无死角的优势和矩阵虚拟扩展获得更多声源定位信息的长处。首先利用模式空间变换将均匀圆形阵列（UCA）虚拟化成2K+1个均匀线性阵列（ULA）,并应用空间平滑技术将虚拟线性阵列划分成L个子阵;接着利用四阶累积构造方法提取有效阵元信息并去掉冗余数据,通过重构矩阵得到新的接收数据;最后通过Music-like算法搜索谱峰获得声源信号的方位角和俯仰角。仿真结果表明,在信噪比较低时,相比传统的高分辨谱估计算法,本文算法可实现对远场相干信号的高精度估计;同时本文算法也具有更低的均方根误差性能,且能有效减少运行时间。     

Uniform approach for solving some classical problems on a lineararray

It is shown that a number of classical problems from linear algebra and graph theory, including instances of the algebraic path problem, matrix multiplication, matrix triangularization, and matrix transpose, can be solved using the same basic recurrence. A simple mapping of the recurrence onto a unidirectional linear array is discussed. Qualitative advantages to programming linear arrays using this approach include uniformity of design, simplicity of programming, and scalability to larger problems. The major disadvantage is that the resulting algorithms are not necessarily optimal     

均匀圆阵阵元缺损对阵列方向图影响的分析

阵列中阵元接收信号按照一定加权方式合成,使波束方向图指向期望信号同时抑制其他方向的干扰信号。但是当阵列中有阵元缺损时,会对阵列方向图产生一定影响。本文分析并仿真了均匀加权情况下,均匀圆阵无缺损的波束方向图,同时对比了具有相同波束指向的均匀圆阵和均匀线阵在缺损阵元位于不同位置的波束方向图。仿真表明缺损一个阵元后,均匀加权的均匀圆阵性能下降较多。而当缺损阵元位于不同阵列不同位置时,对均匀线阵影响有较大不同,但是对均匀圆阵的影响则相差不多。     

基于双十字链表存储的共享资源矩阵方法特性研究

针对共享资源矩阵法在系统隐蔽通道检测过程中存在的算法时间复杂度高的问题,提出了一种基于双十字链表存储的改进算法。首先,针对共享资源矩阵方法中的核心操作——传递闭包操作,将传统的数组存储改进为双十字链表存储;其次,针对共享资源矩阵方法建立了概率模型;最后,在该概率模型下,分析了改进算法的时间复杂度和共享资源矩阵方法的特性。理论分析和实验仿真表明:当共享资源矩阵为稀疏矩阵时,采用基于双十字链表存储的改进算法能够使共享资源矩阵法的时间效率相比传统的数组存储提高67%;当共享资源矩阵的规模较大时,传递闭包操作会使得共享资源矩阵中的元素快速填充,从而导致基于双十字链表存储改进算法相比传统数组存储的时间效率优势下降,并在概率模型下通过理论推导验证了传递闭包操作的这一特性。