基于MATLAB的超声换能器声场可视化软件开发

对超声换能器的声场进行数值计算是当前研究的热点,在分析超声换能器声场模型的基础上,用MATLAB的GUI工具箱对声场进行可视化设计。通过输入换能器参数和介质参数,可以可视化地得到不同情况下的声场分布图,该软件可用于优化检测工艺,也可以指导探头设计。     

三维声场数字式模拟研究进展

全面阐述了数字式声场模拟技术的发展状况,包括数值模拟、可听化和可视化几方面,并提出了祝听一体化技术,详细介绍了近年来该领域中的主要研究进展。     

超声相控阵输出声场优化及仿真

为使超声相控阵在输出平面上的声压输出达到较好的分布模式,本研究通过预先设定相控阵输出面上的声压分布形态,然后利用迭代算法来求解超声相控阵驱动向量,最终实现了超声相控阵在输出平面上声压输出的有效控制,并通过计算机仿真对这种算法进行了验证。     

海底管道检测用线聚焦超声探头声场研究

海底管道缺陷的检测是由管道内智能猪完成的,智能猪上的超声探头阵列以恒定的速度一次性爬过管道,采集并记录缺陷数据供离线分析。所以探头的种类和性能直接影响对缺陷的检出率。论文针对智能猪用柱形曲面声透镜水浸式线聚焦探头,建立了其声场模型,并对其轴线声场和焦距进行了数值模拟。最后,实测了其轴线声场分布。     

层状多界面的超声相控阵换能器声场研究

针对层状多界面粘接检测存在的难点,采用相控阵超声检测技术进行研究.建立了矩形换能器的辐射声场模型与声束聚焦偏转的时间延迟计算方法,实现了对声束的聚焦偏转控制.采用7 MHz的超声相控阵换能器仿真研究了多层介质中声场的特性,从仿真结果得出相控阵超声技术可用来检测层状多界面结构的多界面脱粘情况.     

一维线形超声相控阵换能器辐射声场研究

在相控阵超声工业无损检测中,超声换能器的声场分布直接决定着被检测区域的回波信息特征,从而影响检测结果。本文通过研究超声波在固体介质中的传播规律,建立了超声相控阵换能器在介质中辐射声场的数学模型,数值模拟了在一层、两层介质中相控阵换能器的辐射声场图,声场结果为更形象直观的了解声场变化和检测结果评估提供理论依据。     

烧蚀机制下激光超声声场的模拟与实验验证

分析了烧蚀机制下超声波的产生机制,建立了工件有限元模型,将等离子体的冲击力对材料的作用视为超声波的激励源,模拟计算了激光超声波在工件中的传播过程,提取了节点位移的时间历程曲线,求出超声波的速度并由此确定相应超声波的类型。此外,分析了激光超声声场分布,利用半圆形铝质试块进行了激光超声的测量对比实验,采用超声换能器接收纵波、横波以及表面波。通过对比分析可知,数值分析结果与实验数据相符,该有限元数值模拟方法正确可靠。     

声场脉冲响应的分段模拟方法

计算脉冲响应是封闭空间声场模拟技术的重要工作。针对脉冲响应各部分的特点，改变仅利用某一种模型模拟整个脉冲响应的传统做法，把声线跟踪法、虚源法和统计学方法结合起来，对脉冲响应进行分段模拟研究。算法设计过程中，对扩散反射和镜面反射都作了考虑，并研究了“混响尾巴”的计算方法以及提高计算效率的具体途径。仿真实践表明，所棕方法能在保证一定精度的前提下使计算效率得到有效提高。     

曲面超声换能器近声场指向性研究

通过结合物理声学原理推导出曲面结构及其等效动态相控阵列超声换能器所形成的近声场分布,并利用数学软件对超声近场声压进行近似数值仿真。通过分析比较各声场指向性的仿真结果表明,在给定的工作频率和介质条件下,对比于平面结构,二维半圆球壳的曲面压电晶片或等效相控阵元阵列结构的超声换能器在近声场可实现高强度聚焦,同时近声场焦点处的横向/纵向分辨率都达到最佳,旁瓣/栅瓣抑制也达到最大。最后给出了在曲面阵列优化设计方面一些有价值的规律。     

插入式超声化学反应器的设计与仿真研究

超声辅助水样消解技术实现了水质多参数检测的快速性、准确性,而声化学反应器在超声消解法中起到了关键性作用。从理论方面分析了影响超声波在声化学反应器中能量传播的主要因素是反应器结构和几何尺寸;采用ANSYS软件仿真,设计了一种变幅杆插入式声化学反应器。通过MATLAB软件进行声场仿真分析,与槽式相比,插入式具有降低能量损耗,提高传播效率的优势。设计实验证明,基于插入式化学反应器的超声辅助快速检测方法测得标准邻苯二甲酸氢钾(KHP)溶液的化学需氧量(COD)值同国标法测得的COD值非常接近,准确度在-9.2%~4.4%,且测量重复性好,周期较短。该方法更有利于水质在线检测技术。     

用 Matlab 实现恒定电场的可视化

用静电比拟方法将恒定电场问题转化为静电场问题后,可用Matlab求解并实现可视化。电力线图能反映场的宏观概况和细节分布,具有清晰的物理含义。Matlab绘制电力线图需要指定准确的起点,简单问题可通过分析对称性直接得到电力线的起点,对称性差的问题要根据电场公式迭代计算确定电力线起点。数字图像处理技术可用来增强恒定电场的图形效果。可视化教学能为抽象电磁理论带来直观性,从而提升教学效果。     

压电MEMS超声换能器阵列声场研究

研究了一种基于微电子和微机械加工技术的六边形压电超声换能器阵列。依据活塞声源辐射声场特性,采用瑞利积分法计算了方形膜声压及指向性函数;运用惠更斯原理,仿真模拟了阵列远场声压分布。理论分析了阵元边长、阵元中心间距和阵元数目等结构参数对阵列波束宽度、方向锐度角和旁瓣级的影响。结果表明,该阵列模型不仅能完全消除栅瓣,有效抑制旁瓣,减小主瓣宽度,且在低频(约10kHz量级)范围有很高的指向性。通过优化阵列参数,可获得最佳的声压分布,进而为阵列设计和声场分析提供理论参考。     

基于Matlab的点电荷镜像法电场的可视化

点电荷的镜像法是“电磁场与电磁波”课程的重要内容。这部分的教学重点通常在于分析镜像法原理和寻找镜像电荷,但是缺乏对镜像电场空间分布的图形描绘。本文用Matlab软件对镜像电场进行仿真,绘制了点电荷镜像法中多种镜像电场的等位面和电力线细节图,对镜像电场进行了可视化。可视化有利于加深学生对镜像法原理、镜像电荷和镜像电场分布的理解。     

超声流量计管道流场的模拟与分析

针对非理想流场对超声流量计测量的影响,研究单、双弯管流场的流速分布特征。通过对理想层流、湍流的模拟计算,得出单、双弯管流场的流速分布关系。通过流速分布曲线和流速等值线分布情况可以看出,单弯管流场的二次流分量是两个对称的涡,纵向截面的线平均速度是对称的。双弯管流场的二次流是单一的涡,在截面侧后方会出现回流,使速度等值线及截面线的平均速度分布很不规则。     

激光全息干涉在三维温度场可视化中的应用

介绍了实时激光全息干涉技术应用于三维温度场可视化的原理、实验装置与光路系统、实验结果等。通过实验成功地实现了3 种条件下三维温度场的可视化,定性地获得了溶液加热后内部温度的变化规律,并观测到溶液受热的初始阶段存在随时间迁移的“蘑菇”形干涉条纹。     

新型红外成像引信终端可视化仿真研究

新型红外成像引信通过共享成像导引头实现前视探测和起爆控制,能够获得目标由完整到局部的一系列动态红外图像.装有新型红外成像引信的先进红外成像制导型空空导弹强调实现对目标的全向攻击,因而其弹目交会情况是复杂多变的.由于不可能获得任意交会情况下的照片或录像资料,这给基于GIF技术的成像引信瞄准点识别算法研究带来了极大困难.首先分析了弹目遭遇情况,研究了影响目标飞机姿态和成像的因素,然后利用OpenGL三维图形库和C++作为编程工具,建立并绘制了目标飞机的三维模型,并通过模型变换和合理设置目标的材质和贴图,实现了红外成像引信的终端可视化仿真.最后,给出了一些不同姿态和在不同交会阶段的目标飞机的仿真图像,并利用这些仿真图像对我们在前一阶段工作中提出的一种基于机头位置和机轴方向检测的瞄准点识别算法进行了验证,结果表明本文提出的仿真方案能够满足新型红外成像引信瞄准点识别算法研究的需要.     

突防视景仿真中雷达威力范围与飞机航迹关系

针对三维空间中航线与雷达威力范围交点的求解问题,在已有航空兵突防视景仿真研究成果的基础上,研究了雷达威力范围与飞机航迹的关系,建立了雷达三维威力范围函数表达式以及以地理坐标为变量的航线方程。同时,提出了参数方程变换算法,将包络函数表达式和航线方程都转化到雷达空间直角坐标系中,并利用数值解法解决了联立方程组中出现超越方程的问题。采用Matlab进行仿真验证,结果表明算法的可行性和有效性。     

基于激光雷达数据的首都机场风场模拟

低空风效应是指在特定的风况条件下,机场建筑物或其他位于跑道附近的人工结构对气流 造成显著扰动的现象,该效应易引起湍流甚至是出现风切变,进而给飞机的升降过程带来困难。 采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对首都机场进行风场模拟, 并基于CFD在输入风速设置上的局限性,提出一种将高精度、高分辨率的激光雷达测风数据 导入CFD的方法,来研究这些地物对首都机场风速的影响。通过对模拟结果的分析,在风速 为11~15 m/s的西北风条件下的东跑道以及在同等风速的东南风条件下的西跑道与中间跑道均受到较大影响。