《近场声全息测量分析系统的开发及应用》

近场声全息（NAH）已经成为国内学者的研究热点，并逐渐在工程实际中得到应用。但目前商业化的声全息系统成本高昂，从自身实际需求出发，开发经济适用的NAH系统很有必要。本文基于LabVIEW，采用以软件为核心的模块化设计，开发出了一套近场声全息测量分析系统。并应用该系统对边界约束的平板进行了实验研究。通过实验验证了该系统的实用性、可靠性。本文开发出的NAH系统为今后NAH的研究将提供良好的平台。     

噪声源识别的近场声全息方法和数值仿真分析

将近场声全息(NAH)用于噪声源的识别和定位，对不同类型噪声源的数值模拟结果和理论分析表明：对于复杂声源，采用近场声全息方法可以精确地定位噪声源，并且能很好地分辨出各噪声源振幅的强弱；在波数域加窗滤波后，声压测量的误差对声源识别结果的影响不大。并对重建结果误差的产生原因及近场声全息相关参数的选取原则做了详细的分析，对工程测量和噪声控制有一定的指导意义。     

兼容近场声全息和声学聚焦境的组合阵列技术简介

目前，有两种典型的基于阵列的噪声源识别技术，近场声全息技术（NAH）和声学聚焦境技术（Beamforming）。图1给出了分别利用Beamforming和NAH技术得到的声源平面内空间分辨率的粗略对比。其中，空间分辨率是指在声源映射平面内能够被有效分离的两个不相关等强度单极子源之间的最小距离。     

基于双振速测量面的噪声源定位方法研究

在较远距离准确定位噪声源对水下航行器等设备的减振降噪具有重要意义。该文提出一种基于双振速测量面的近场声全息技术,采用双测量面对双噪声源信号的质点振速信息进行提取,利用前后两测量面间的相位差构成格林函数,并根据声场重建公式进行近场声全息声场重建。数值仿真及主峰位置偏差分析表明,基于振速测量的双测量面近场声全息技术,与单振速测量面、双声压测量面的近场声全息技术相比,可以忽略边缘误差的影响,并可以在较远的测量距离更准确的定位声源位置,验证了基于双振速测量面近场声全息技术的有效性和可行性。     

兼容近场声全息和声学聚焦境的组合阵列技术简介

目前,有两种典型的基于阵列的噪声源识别技术,近场声全息技术(NAH)和声学聚焦境技术(Beamform-ing)。图1给出了分别利用Beamforming和NAH技术得到的声源平面内空间分辨率的粗略对比。其中,空间分辨率是指在声源映射平面内能够被有效分离的两个不相关等强度单极子源之间的最小距     

《基于非先验基分析提高声场重建精度》

在近场声全息(NAH)测量中，需要用离散傅里叶变换（DFT）进行频谱分析。在非同步采样下，DFT频谱分析产生泄露误差，导致重建精度低。基于非先验基的分析方法通过搜索内积的最大峰值来选取基向量，能够减小强幅值信号的掩蔽效应。将非先验基分析方法引入声全息系统，用来分析全息面复声压信号，进而重构点声源的辐射声场。结果表明，该方法能够提高声场重建的精度。     

基于近场声全息的滚动轴承故障诊断

滚动轴承在工业生产中起着关键作用，对其进行故障诊断研究具有重要意义。目前轴承诊断主要以振动信号分析为基础，而获取振动信号受接触式测量限制，声学故障诊断（ABD）具有非接触式测量的优点，但传统基于单通道的ABD存在测点选择难与局部诊断的不足。联合近场声全息（NAH）和灰度—梯度共生矩阵（GLGCM）并应用于滚动轴承故障诊断，利用NAH重建各轴承运行状态下的声场，得到声源附近重建面处的声像图，再从声像图中提取GLGCM特征，建立声场特性与轴承运行状态的内在联系，结合支持向量机模式分类，实现轴承故障诊断，实验研究证实方法的可行性与有效性。     

近场声全息方法识别噪声源的实验研究

根据近场声全息(NAH)的原理，建立了全息实验所需要的采集、分析系统。针对影响重建精度较大的截止波数的选取问题，给出了较为详细的讨论．并提出一种不需先验知识的截止波数选取方法。最后通过对实测数据进行全息变换．重建结果表明：在采用提出的截止滤波选取方法后，NAH技术可以精确地对噪声源进行定位与识别，并且可以得到三维空间内的声压、质点振速和声强矢量等声学信息。     

近场声全息(NAH)中减少测量点数的研究

近场声全息（NAH）是一种进行噪声源分析的有效工具。但要获得较高的重建精度必须在全息面上大孔径范围内进行密集的数据采集,需要大量的测量点,测量任务十分繁重。因此在保证重建精度的前提下研究如何有效地减少全息面测量点数对NAH的意义十分重大。在总结前人工作的基础上,提出了一种利用支持向量回归对全息面进行插值的方法。该方法可以在全息面传声器数目较少时通过插值提高重建精度,因而可大幅地减少全息面的测量点数。对于两个矩形板声辐射数值计算中减少的测量点数都可高于70%,并得到了其它有意义的结论,达到了保证重建精度的前提下有效地减少全息面测量点数的研究目的。     

基于声场空间分布特征的齿轮箱故障诊断研究

结合对近场声全息（NAH）与空间分布特征提取的研究,提出基于声场空间分布特征的齿轮箱故障诊断方法。鉴于齿轮箱运行状态与声场分布的对应关系,利用NAH算法重建声源附近声场,由所得声像图中提取反映声场分布特性的纹理特征,建立声场分布与各运行状态间内部联系,结合支持向量机模式分类实现故障诊断,获得满意的诊断结果,并通过实验证实该方法的有效性与优越性。     

基于矢量阵测量的局部近场全息技术研究

统计最优近场声全息技术是通过全息面上测量声压的线性叠加来反演重建面上的声学量,可以从理论上克服基于傅氏变换的近场声全息技术的局限性。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,采用声压和质点振速测量来进行声全息计算,推导了基于振速测量的统计最优柱面近场声全息技术的重建公式。利用所编制的程序进行了仿真验证,最后设计矢量水听器进行水中全息实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明,该技术在水中柱形声源辐射声场的噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

局部近场声全息的仿真与实验研究

声场的局部测量不能满足基于快速傅里叶变换近场声全息理论推导的前提条件，所以该方法无法实现局部声场的精确重建。统计最优近场声全息在空间域直接实现声场的重建，避免由于使用快速傅里叶变换而产生的各种误差。结合不同的正则化方法，研究了统计最优近场声全息对局部声场的重建效果，分析了重建面边缘区域以及中心区域误差对总误差的贡献。仿真与实验结果表明：统计最优近场声全息可以实现局部声场的精确重建，重建面边缘区域的误差大于中心区域的误差；正则化技术方面，基于Engl误差最小化原则的正则化参数选择法，使得Tikhonov正则化方法更为实用。     

基于分块特征提取的近场声全息故障诊断方法在相干故障下的应用

通过引入近场声全息和分块特征提取技术,改进了基于声像的故障诊断方法,发展了基于近场声全息模式识别的故障诊断技术.针对多个机械部件对应相同故障频率,并产生相干声场的故障情形进行了加肋板激振的模拟实验,使用传声器阵列扫描技术测取各种状态下声信号,在利用近场声全息技术得到声像进行噪声源识别与定位的基础上,对声像进行整体和分块相结合的奇异值特征,提取方式构造识别向量,然后采用多分类支持向量机进行训练分类,进而用于机械工作状态的诊断.实验结果表明,根据声像的物理特征使用整体和分块相结合的特征提取技巧能够较好改善诊断效果,同时进一步验证了声成像方法在故障诊断领域应用的可行性,并与常规的基于单点或几个孤立测点测试的声学故障诊断方法相比具有优越性,拓展了声学故障诊断技术的应用范围.     

圆柱壳辐射声场重构的波叠加方法

将声全息技术应用到水下结构的声场重建问题中。通过理论推导和数值仿真,分析一两端带半球帽的圆柱壳模型在不同激励作用下声场的重建效果及影响重建精度的因素。考虑到实际应用,全息面分别采用柱形全息面和平行的双平面全息面。仿真结果表明,该方法是一种稳健的全波数空间声场重构技术;其重建精度受到等效源面参数、全息面参数及测量环境信噪比等多因素的影响;在含有测量噪声的条件下,应用Tikhonov结合L曲线的正则化方法仍可以较精确地重构声场;相比于其它方法,波叠加方法具有测点少,计算速度快等优点,有很好的应用前景。     

双层插值NAH噪声源定位方法研究

针对近场声全息(near-field acoustic holography, NAH)在实际测量环境下降低环境噪声的影响且保证全息面上声压重建精度的需求,基于空间面积分声压重建理论,在基于等效源法的近场声全息方法(near-field acoustic holography based on equivalent source method, NAH-ESM)基础上,利用Newton插值和克希荷夫积分的声压重构方法提出一种双层插值NAH噪声源定位方法。由少量麦克风测量点数据,重构多个全息面上任意位置点的声压值及声矢量,实现噪声源定位,进而重构噪声源。最后结合噪声源重构结果建立噪声源等效模型,通过实地测量,建立某制氧厂主厂房噪声数值仿真,仿真结果与实测值误差在5%以内。通过实验证明在一定复杂环境下,该方法能有效提高噪声源定位效率及精度。     

平面螺旋声阵列近场旋转扫描全息成像研究

针对一平面螺旋阵列在噪声源成像应用,分析了波束形成方法在低频段噪声成像能力的局限性,采用等效源法实现了对低频噪声的全息成像。为提高近程声全息成像性能,提出并采用不规则平面阵进行旋转扫描测量,重点研究了无参考传感器条件下对扫描数据的相位处理方法,实现了不同时刻测量数据的相位同步,利用仿真研究验证了该方法的有效性和优越性,并通过实际实验进行验证,对450Hz以下频率噪声的成像能力有显著提高。该方法测试条件要求低,测试结果可靠,相关结论具有参考价值。     

波叠加联合波束形成的局部声场重建技术研究

传统近场声全息是以快速傅里叶变换为基础的,在有限测量孔径条件下将产生窗效应和卷绕误差,因此一定程度上制约了其在工程上的应用。基于此,提出了一种基于波叠加联合波束形成的局部声场重建技术。首先利用波束形成对传声器阵列采集的声场信息进行分析计算,获得声源的具体位置;然后在该位置配置等效源,并利用迭代算法对局部声场的数据扩展;最后应用扩展后获得的声场数据进行重构。该技术只需要少量的传声器就可以方便快速的实现声场重建。在半消声室内采用两个音箱模拟声源进行研究,实验结果表明:在小测量孔径下该方法可以准确的重构外部声场,拓宽了近场声全息在工程中的应用范围。