声全息技术的研究现状与展望

简单地回顾了全息术的基本原理,全息术的应用范围及发展历史。对声全息技术进行了分类，并对各类声全息技术的特点进行了评述，就近场声全息技术（NAH）中常用的各类重建计算方法及适用范围、声全息数据的各类采集方法、特点及声全息成像的分辨率、各类声场全息图像的表达方法等问题的研究现状进行了详尽的分析，并重点分析了基于声压测量的近场声全息技术和基于声强测量的近场声全息技术（BAHIM）的研究现状，从而指出了这两种近场声全息技术有待进一步深入研究的问题，并对NAH及BAHIM技术发展前景进行了展望。     

采用矢量阵测量的水中宽带近场声全息技术研究

基于声强测量的宽带声全息技术(BAH IM)是由近场声全息(NAH)领域脱颖而出的一项技术,它由全息面上互相垂直的两个切向声强分量计算出全息面上的复声压相位,得到全息面上复声压,再进行NAH处理。针对水中圆柱体的噪声源识别问题,给出了该方法在柱体中运用的基本原理,利用所编制的程序进行了仿真验证,最后,采用矢量阵进行了水中近场声全息测量实验,验证了该方法的可行性和准确性,实验结果表明柱面内BAH IM技术在水中柱形声源内辐射声场的重建噪声源识别和定位中有着明显的优势。     

基于圆柱近场声全息的水下声源定位实验验证

为提高水下航行器的声隐身性,或者减少其对海洋环境的噪声影响,噪声源的定位与识别对于制定合理的控制方案具有重要的工程价值。同时,对水下航行器的声辐射特性进行评估和管理是其升级和使用过程中不可或缺的环节之一。近场声全息技术利用在船体表面附近测量面测得的声压数据,采用声场变换方法,既可反向重建辐射声源面声场从而定位船体上的噪声源,也可正向重建测量面外部声场从而预测远场声辐射。通过OROS水下声全息软件展示如何利用NAH进行声源定位和远场预测,该软件是目前市场上唯一的水下近场声全息解决方案。考虑到水下航行器以圆柱体结构居多,本文开展了圆柱近场声全息的实验研究,得到了准确的辐射声场信息,验证了该方法的准确性和有效性,为圆柱近场声全息技术的水下工程应用提供参考。     

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。     

调制声源的统计最优近场声全息技术研究

常规近场声全息技术分析调制声源产生的声场得到的结果无法正确识别和分析声源的调制成分。本文展开了调制声源的统计最优近场声全息分析,具体方法为先通过Hilbert变换解调调制声场的声压信号,提取出调制成分,然后再对调制成分进行统计最优近场声全息分析重建调制声源。通过扬声器实验和空压机调制声源识别实验证明了该方法在工程应用上的有效性。     

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。     

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。     

基于波叠加与统计最优近场声全息的单面声场分离技术

基于空间声场变换的近场声全息以及统计最优近场声全息都要求全息面一侧的声场必须为自由声场。为了克服应用上的局限性，提出了一种波叠加方法和统计最优近场声全息相结合的方法。针对现有的双全息面声场分离技术需要在两个全息面上进行声压测量，效率较低的问题，首先采用波叠加算法根据全息面上的声压重构出某个重建面上的声压，然后利用全息面和重建面的声压数据采用统计最优近场声全息技术分离出全息面某一侧声源在全息面上单独产生的声学量，从而以更少的测点数在全息面两侧都存在声源的情况下实现空间声场分离。实验和数值仿真验证了该方法的有效性和可行性。     

《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。     

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。     

基于近场声全息的故障诊断方法及系统实现

针对基于振动信号故障诊断存在的接触式测量弊端及传统声学故障诊断只反映部分声学信息问题,将近场声全息技术引入故障诊断克服该缺陷。基于LabVIEW平台开发出的非接触式机械故障诊断系统,利用近场声全息重建机械声源面附近声压场,得到可视化声源的声像图;从声像图中提取反映声场空间分布的灰度共生矩阵特征,结合支持向量机模式识别实现智能故障诊断。该系统具备智能诊断测试、声源可视化、数据分析等功能,操作方便,可用性强。通过对齿轮箱故障诊断,正确率达97.3%。与传统声学诊断方法的对比,证明该系统可靠、实用。     

近场声全息测量阵架的设计与分析

全息测量系统设计的关键是测量全息面测点复声压(幅值和相位)的真实数据,介绍了自行设计的近场声全息(NAH)测量的传声器线阵扫描系统.利用边界元法计算了传声器线阵架结构表面声散射对阵上传声器测量全息复声压的影响,提出了敷设吸声材料以提高测量精度的措施;对在线阵架表面敷设吸声材料后的声散射效应仿真结果表明,吸声材料能够有效...     

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.     

Enumeration of aromatic oxygenase genes to evaluate biodegradation during multi-phase extraction at a gasoline-contaminated site

Multi-phase extraction (MPE) is commonly used at petroleum-contaminated sites to volatilize and recover hydrocarbons from the vadose and saturated zones in contaminant source areas. Although primarily a physical treatment technology, the induced subsurface air flow can potentially increase oxygen supply and promote aerobic biodegradation of benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes (BTEX), the contaminants of concern at gasoline-contaminated sites. In this study, real-time PCR enumeration of aromatic oxygenase genes and PCR-DGGE profiles were used to elucidate the impact of MPE operation on the aquifer microbial community structure and function at a gasoline-contaminated site. Prior to system activation, ring-hydroxylating toluene monooxygenase (RMO) and naphthalene dioxygenase (NAH) gene copies were on the order of 10(6) to 10(10)copies L(-1) in groundwater samples obtained from BTEX-impacted wells. Aromatic oxygenase genes were not detected in groundwater samples obtained during continuous MPE indicating decreased populations of BTEX-utilizing bacteria. During periods of pulsed MPE, total aromatic oxygenase gene copies were not significantly different than prior to system activation, however, shifts in aromatic catabolic genotypes were noted. The consistent detection of RMO, NAH, and phenol hydroxylase (PHE), which catabolizes further oxidation of hydroxylated BTEX metabolites indicated the potential for aerobic biodegradation of dissolved BTEX during pulsed MPE.     

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。     

基于波叠加的噪声源识别实验研究

提出了基于波叠加的噪声源识别和定位方法。该方法克服了边界元法声全息固有的奇异性和非唯一性问题，原理上容易理解，计算上容易实现。从实验出发，建立了实验所需的采集和分析系统，根据实测数据利用自谱和互谱获取全息面上的复声压，结合正则化处理给出了同一平面三个音箱源识别的效果图，实验验证了该方法在进行噪声源识别和定位时具有较好的效果。