基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量

为了实现声学法温度场监测中声波飞行时间的高精度测量,介绍了声学法温度场检测原理与系统组成.提出了基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量法.Matlab环境下的仿真研究表明：受采样间隔的限制,直接对发射端和接收端采样信号作互相关并寻峰,所确定的声波飞行时间精度较低;为获得更准确的声波飞行时间,弱噪声情况下,可对发射端和接收端采样信号的互相关函数在峰值附近做三次样条插值,细化后再次寻峰;中、强度噪声情况下,可对发射端和接收端采样信号做线性插值,细化后再做互相关和寻峰.该方法对提高声学法温度场检测精度具有实际意义.     

声学CT储粮温度监测收发器阵列设计

针对声波收发器阵列设计的合理性直接影响声学CT系统的测量实时性及温度场重建精度等问题,提出了声学CT储粮温度监测收发器阵列设计方法.该方法对围绕圆筒形仓布置的声波收发器数量、布局和有效声波路径选择等参数进行了计算机仿真设计.三种典型的三维模型温度场重建结果表明,有效声波传播路径选择、收发器布置的层数、每层布置收发器的个数都会对模型温度场重建质量产生较大影响.通过对声波收发器阵列的仿真设计,可优化收发器阵列各参数,提高声学CT系统的性能和温度场重建精度.     

三维温度场声学CT重建中的声波路径选择

为了优化三维温度场声学CT重建系统,对声波路径的合理选择进行了仿真研究.将20个声波收发器布置在长方体被测区域的周围,分别考虑了4种声波路径选择方式,保留了非重复的所有路径、去除了长方体棱边上的路径、去除了长方体侧面上的路径和去除了长方体表面上的路径.用相对误差、均方根误差等指标,评价了温度场的重建质量.结果表明,声波路径的选择方式对温度场重建具有明显影响.合理地选择声波路径,可以降低声学CT法温度场重建的误差和计算量.     

基于修正Landweber迭代的声学温度场重建算法

针对不同温度场分布模型,采用修正Landweber迭代技术对其进行温度场重建,介绍了基于声学方法的烟气测温基本原理以及基于Landweber迭代的声学温度场重建算法.根据实际情况,确定了重建算法中的价值函数和迭代步长,使得收敛速度有明显提高,得到了稳定的重建结果.给出了不同温度场分布模型及其重建图像和重建误差.仿真结果表明,即使在声波发射/接收器数目较少时(如8个),该算法仍具有较高的重建精度和抗干扰能力,具有突出优点.     

三维温度梯度场中本征声线轨迹的求取

为了降低声波在温度梯度场中的折射现象对声学CT法温度场重建精度的影响,研究了温度梯度场中声波的真实传播路径,即本征声线轨迹,提出了一种三维本征声线出射角确定法.利用正三棱锥前向展开法,在单峰、双峰模型温度场中进行了三维本征声线追踪.结果表明,三维温度梯度场中的声线轨迹有明显弯曲,该三维本征声线轨迹求取法可用于复杂三维温度场中实际声线轨迹的确定,并有望应用于三维温度场声学CT重建系统中.     

基于最小二乘法和克里金插值的三维温度场重建

为了提高三维温度场声学CT法的重建精度,提出了最小二乘法和克里金插值相结合的重建方法.采用最小二乘法获得一个由少量像素描述的温度场,运用克里金内插和外推运算获得整个被测温度场的细致描述.典型的单峰及双峰三维模型温度场的重建结果及误差分析表明,克里金法的内插和外推精度优于普遍采用的三次样条法.最小二乘法和克里金插值的结合,可有效克服最小二乘法像素数需少于声波路径数给温度场细致描述带来的困难,能实现复杂三维温度场的高精度重建.     

基于基函数逼近和卡尔曼滤波的温度场重建

为了提高声学CT复杂温度场重建能力,提出一种基于基函数逼近和卡尔曼滤波的温度场重建算法.利用Markov径向基函数的线性组合逼近被测区域内的声速分布,并使用卡尔曼滤波根据多路径声波飞行时间数据重建出声速分布,进而利用声速与温度的关系得到温度分布.分别采用Markov径向基函数Tikhonov正则化法、最小二乘法和BFAKF算法对4种典型的三维模型温度场进行了无噪声和有噪声仿真数据重建.重建结果表明,BFAKF算法的重建结果优势明显,具有更好的复杂温度场重建能力.     

储粮温度分布声学CT重建仿真

为了实现储粮温度分布声学CT法监测,对三维温度场的声学CT重建进行了仿真研究.将30个声波收发器以两种不同的布局设置在被测区域周围,被测区域的剖分考虑了1 000和1 500个像素两种方式,对约2 000个单热点模型温度场进行了仿真数据重建,并利用重建温度场的均方根误差、热点温度误差和热点位置误差评价了温度场重建质量.结果表明,收发器布局和被测区域剖分方式都会对温度场的重建质量产生较大影响,该仿真研究为声学CT系统的优化提供了依据.     

一种基于射频对消的连续波雷达收发前端设计

为解决发射信号的泄漏影响回波信号的接收问题,给出了一种基于射频对消技术的双频连续波雷达收发前端设计方法.该设计采用锁相技术实现一路X波段双频(10.2 GHz和10.22 GHz)连续波发射信号的产生,并通过四路接收通道实现双频连续波回波信号的接收,输出16路模拟中频信号.完成对发射通道、接收通道、中频滤波器和双频射频对消电路的设计及系统电路的优化,给出了对收发前端的测试.测试结果表明,利用双频连续波射频对消技术抑制雷达发射信号泄漏的效果明显,其技术指标均满足该雷达的设计要求.     

声频谱测井仪器的研制和野外实验

研制成功的声频谱测井仪器在井下发射和接收三种频率的声波信号,其中发射和接收20kHz声波信号的声系有一个发射和四个接收探头,源距为2．1～2．568m,间距为0．156m;发射和接收40kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距1．0—1．5m,间距0．5m;发射和接收10kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距为2．168—2．668m,间距0．5m．用三种不同的频率的声波进行测量记录目的是获得井壁径向深度不同处介质的声学信息,而且不同频率的声波信号在岩石中传播过程中频谱变化也是井壁岩层的可用声学信息．在井下的信息采集、数据传输、地面记录和监控全部由计算机控制．该仪器已经在大庆油田的三口井中成功的进行了野外实验．     

铁路车轮裂纹在线检测方法研究

早期发现车轮的初始疲劳裂纹是避免铁路车辆行车事故的最有效的方法。采用弹性力学的理论．分析了疲劳裂纹产生时弹性波的主要传播形式及声发射现象，分析了疲劳裂纹信号与噪声信号在波形、频率和幅度上的明显区别，提出了洲量点位的确定原则和用宽带声发射传感器接收疲劳裂纹信号采取的措施及硬软件去噪的方法。建立了应变能与疲劳裂纹信号之间的数学模型。通过高保真宽带传感器实时真实地获取被测材料结构中产生的宽带声发射信号，并分析研究源产生的超声波模式，找出对应模式波的内在持征，即可进行缺陷的参数识别和定位。为车轮早期疲劳裂纹的识别提供了一种新方法。     

直升机时间域航空电磁法补偿线圈

针对直升机时间域航空电磁法接收信号动态范围过大的问题,一般采用同心补偿线圈减弱一次感应磁场的方法.通过建立同心补偿系统磁场分布模型,利用积分方程和非线性回归的方法对地下发射磁通进行了分析,结合补偿线圈对发射磁矩的影响,得出增大补偿线圈会减弱对地下目标体的探测能力;通过分析发射线圈平面下方的纵向磁场,得出增大补偿线圈会降低接收信号的动态范围同时会减弱近区效应.因此,补偿线圈的大小需根据接收线圈、数据采集系统精度以及飞机的飞行高度等因素进行选取.     

多子阵超宽覆盖海底地形探测方法试验研究

针对多波束海底地形探测系统超宽覆盖问题,提出了具有超宽发射和接收特性的声学基阵设计方案以及多子阵空间建模回波到达方向(DOA)估计方法.超宽覆盖声学基阵的发射阵与接收阵呈"T"型排列,发射阵为直线排列的圆弧阵,接收阵为均匀线阵,发射波束宽度可达144.7.多子阵空间建模DOA估计方法,在较低信噪比情况下仍具有较高的方位估计性能,从而有效估计边缘回波信号方位,仿真数据和典型的多波束海试数据处理结果都证明了算法的可行性.同时,湖上试验验证了超宽覆盖声学基阵和多子阵空间建模方法的有效性,试验结果表明在20 m水深的情况下完全可达到7倍以上水深的覆盖宽度.     

聚合物的水声吸声与动态力学性能关系的研究

以声波在高分子介质中的传播理论为依据，推导出了材料的水下吸声性能与其声学参数如声速和声衰减系数之间的关系式，在此基础上，以描述高分子材料粘弹行为的三元模型为出发点，推导出了材料的水声吸声性能与材料的动态力学性能参数包括损耗因子、松弛前的剪切模量、松弛后的剪切模量以及材料的密度和厚度之间的关系式为对所推导的关系式进行验证，设计合成了一系列阻尼性能不同的聚合物，分别测试了它们的动态力学性能和声学性能。结果表明：用材料的动态力学性能参数计算得到的水声吸声系数与实验测得的吸声系数的变化趋势一致，可利用对动态力学性能的研究结果指导水声吸声材料的设计．     

基于声音识别的多阀门泄漏检测系统

阀门在石油工业中使用频繁且出现泄漏现象不易检测。论文阐述了通过软件方式根据声音信号识别阀门泄漏的方法。系统利用声音传感器采集有效时间段的声音信号,提取其MFCC特征参数作为观测序列,并利用隐马尔可夫模型对其进行建模训练,使其能够识别故障信号,及时发现阀门泄漏,并进行报警处理,从而保证输油泵正常工作。实验证明,系统能够有效地识别阀门泄漏故障。     

被动声探测网数据仿真系统的设计与实现

以被动声探测网数据融合仿真测试评估系统的研究和开发为背景，讨论了被动声探测网的数据仿真问题。给出了声音传感器的观测模型和仿真定时器周期的选取方法，阐述了仿真系统软件的总体结构和功能模块，并在VC6．0平台上对整个系统进行了实现。     

基于声音识别的多阀门泄漏检测系统

阀门在石油工业中使用频繁且出现泄漏现象不易检测.论文阐述了通过软件方式根据声音信号识别阀门泄漏的方法.系统利用声音传感器采集有效时间段的声音信号,提取其MFCC特征参数作为观测序列,并利用隐马尔可夫模型对其进行建模训练,使其能够识别故障信号,及时发现阀门泄漏,并进行报警处理,从而保证输油泵正常工作.实验证明,系统能够有效地识别阀门泄漏故障.     

基于镜像源方法的室内声场脉冲响应仿真

针对基于室内声场脉冲响应描述声场音质特性时其精确度不高的问题,以经典镜像源方法为核心,讨论了基于变换频域和反射系数的改进算法.以矩形空间为具体实例,给定接收点和声源位置,并利用计算机仿真室内声场脉冲响应.在不同参数条件下,对各个算法进行了分析,估计了能量衰减曲线和房间混响时间.结果表明,基于变换频域和反射系数的改进算法具有更高的准确性和可靠性.     

无线温度采集系统

介绍一种新型的无线温度数据采集和传输系统,它由温度传感器、温度变送电路、测量数据发射与接收、单片机数据处理、结果显示等部分构成.本系统的特点是用新型的无线收发电路和单片机进行数据采集、传输和分析处理,其体积小,重量轻,成本低,测量精度高,可广泛应用于大气环境监测、粮仓温度监测等遥测领域.