钻柱信道内双声接收器的回波抑制方法分析

在随钻测井中地面噪声与周期性信道结构形成的下行回波导致传输性能降低,为此,结合钻柱信道的噪声分析,利用上、下行信道的瞬态脉冲响应,构建回波噪声抑制模型,提出了双声接收器的检测方式。在钻柱激励端分别施加单位正弦脉冲信号和PSK调制数据,在接收端耦合下行的高斯噪声,应用钻柱内一维低频纵波传输的有限差分算法,在单接收器和双接收器模式下时域和频域仿真分析了钻柱内声信号的传输特性,验证了双声接收器检测方式的有效性。该方法可实现井下回波噪声的抑制,从而改善信噪比,提高传输速率,为钻柱声遥测系统优化设计提供方法基础。     

周期性管结构信道的声传输方法分析

摘 要：构建了钻柱内一维低频纵波传输的有限差分模型,时域和频域仿真分析了换能器位置和载波信号对周期性管结构信道内声传输信号的影响规律,设计了时延脉冲OOK信号调制方法。采用窄脉冲调制信号激励方式,沿管轴方向对有限长模拟钻柱施加纵向激励,进行了测试信号的声传输实验。结果表明,在1W激振功率、77bit/s传输速率和长6.44m模拟钻柱信道的传输条件下,该方法可实现实验室内测试信号的低频声波传输与信号检测,为井下参数的钻柱声遥测系统设计提供理论与试验基础。     

钻柱声传输信号多载波调制激励分析

在随钻声遥测技术中,周期性钻柱结构产生的多重回波极易造成严重的码间干扰和较高误码率,为此,根据钻柱信道的多径传输特性,基于短钻杆条件下多载波传输的实验分析,建立了多节钻杆与管箍的周期性信道有限差分模型。考虑地面噪声和信道内多径回波干扰,利用最小均方自适应均衡,基于“4钻杆—3管箍”信道结构进行了多载波调制性能仿真分析。仿真结果表明,与单载波PSK（Phase-Shift-Keying）调制相比,OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）多载波调制可使误码率平均降低约50%;在非周期性结构下其传输性能受信道变化敏感,但相同条件下仍优于PSK调制,且通过子载波相位补偿可有效改善误码率、提高传输性能。     

声波沿钻柱最优传输特性的研究

为了利用钻柱作为声波信道实现地面与井下之间的信息传输,需要研究声波沿钻柱最优传输特性。建立用于井下信息声传输特性研究的非周期性钻柱组合模型,利用等效透声膜法,对8根不同长度的钻杆组合和不同截面积的钻杆组合的声传播特性进行了研究分析。结果表明,对于不同长度钻具组合,先增后减的钻具组合和先减后增的钻具组合的声传播特性优于其他钻具组合构建的声波钻柱模型;对于不同截面积钻具组合,先减后增的钻具组合的声传播特性优于其他钻具组合构建的声波钻柱模型。信道的建模与计算机仿真研究最优声波沿钻柱传输特性,可为声波信号更好传输研究提供有力的技术支持与测试平台。     

尺寸差异钻杆组成的钻柱中声传播特性测试

随钻实测信息声波传输技术是井下信息无线传输技术领域的一个重要研究方向。作为信息传输通道的钻柱是由尺寸存在差异的钻杆相连接构成,钻杆的尺寸差异对钻柱中声的传播是否存在影响是声载波选取及检测必须要了解的问题之一。建立了用于测试钻柱中声波传播特性的试验装置,对不同类型钻杆组成的钻柱中声波的传播特性进行了测试;利用基于声透层理论建立的钻柱中声传播特性研究模型对测试结果进行了理论分析。研究结果表明：组成钻柱的钻杆存在尺寸差异时,钻柱中声波传播特性有所改变,表现在通带的个数减少,有些通带消失,且通带的宽度变窄;尺寸存在差异的钻杆组成的钻柱中声衰减比周期性钻杆要大;低频通带声波受钻杆尺寸差异影响相对较小;存在着个别的排列方式,可以减小钻杆尺寸差异的影响。基于声透层理论的钻柱中声传播特性研究模型在计算前4个通带时较为准确。     

直升机舱室声学超材料壁板的低频隔声性能分析

在直升机飞行过程中,旋翼、尾桨等噪声源在舱室内产生强烈的低频噪声,严重影响直升机的驾乘舒适性,长时间的噪声暴露会危及驾驶安全。直升机舱室常用的夹层壁板结构可有效隔绝中、高频噪声,但其低频隔声性能一般较弱。为有效降低直升机舱室内低频噪声,将局域共振型声学超材料与舱室夹层壁板结合,建立直升机舱室声学超材料壁板模型,采用有限元法分析平面波入射激励下声学超材料壁板的低频隔声性能,并探索局域振子质量、层间结构对隔声性能的影响规律。结果表明:相比敷设阻尼材料、布置动力吸振器等传统舱内降噪方法,声学超材料壁板能有效隔离低频噪声,形成380 Hz~620 Hz的宽低频带隙。增加局域振子质量可有效拓宽带隙宽度并增强带隙内声透射损失,增加纵向加强筋数目可增强结构整体刚度,使振动衰减。声学超材料内饰的引入可为解决直升机舱室低频噪声问题提供技术路线。     

带背腔薄膜型声学超材料低频隔声特性分析

为弥补传统材料难以有效控制低频噪声的不足,提出一种由弹性薄膜、穿孔质量环和背腔组成的薄膜型声学超材料,建立单元声固耦合有限元模型,分析其在10 Hz～700 Hz频段内的薄膜振动特性,探讨薄膜预应力、穿孔半径、背腔高度、附加质量和薄膜厚度对隔声性能的影响规律,并研究基于协同耦合隔声机理的多单元组合隔声效果。结果表明：薄膜与背腔和穿孔结构耦合能丰富薄膜在低频处的振动形式,较传统Helmholtz 共振腔和薄膜型声学超材料具有更宽的隔声频带;在考虑频段范围内存在6 个声衰减峰,背腔高度、薄膜厚度和预应力的改变可使第三和第四峰值产生明显频率偏移,多单元协同耦合可实现一定频率范围内的连续宽带隔声,分析结果可为低频噪声的轻质和宽带控制提供理论参考。     

建筑围护结构在隔声中的应用(修改稿)

本文研究的目的是将现有的常用建筑围护结构有针对性地应用于煤矿风井噪声控制工程中,达到隔声目标,降低工程造价,消除矿区环境噪声污染。通过对不同建筑围护结构隔声性能的分析与比较研究,论证其对不同频谱特性噪声源的隔声可行性。轻型或重型的建筑围护结构透声系数较小,具有一定的隔声作用,根据不同围护结构的隔声性能,结合噪声源的频谱特性,通过隔声间、隔声罩、声屏障或其他形式组合隔声方式,有针对性地阻断噪声的传播。技术应用于煤矿风井的电机、风机及出风口噪声控制工程中,可操作性强,降噪效果明显,对类似噪声控制工程有较强的指导作用。     

正弦声信号在钻柱中传播的有限差分法模拟

将钻柱简化为理想周期性管结构,利用有限差分方法,对不同频率的正弦声信号在周期性管结构中传输过程中,存在透射系数及衰减系数差异较大的现象进行数值模拟与分析,得到不同频率的正弦声信号穿过周期性管结构后信号的时域及频域分布。分别对400 Hz和500 Hz的正弦声信号在周期性管结构中传输进行了模拟。模拟结果表明：处于带通频率的正弦声信号在周期性管结构中传播波形失真小,频谱变化小,传播性能良好;带阻频率的正弦声信号在周期性管结构中传播波形失真严重,频谱变化很大,几乎不能通过。模拟结果与同类研究成果有较好的一致性。验证该模型和所采用的数值方法的有效性,为钻柱中声信号传输的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供参考。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

不连续边界因素对周期管结构声传输特性的影响

为实现油气井测试的井下声遥测，提出纵波作为信息传输载体，应用有限单元法求解波动方程。研究钻杆等周期管结构信道的行波传输规律。由时域瞬态响应特性，探讨了通阻带交替、通带非平滑伴有谐振尖峰的梳状滤波器结构及产生机理。分析了端面、管箍截面积、杆长等边界对通阻带分布的影响，以及声换能器在钻杆信道的位置设计和泥浆介质的阻尼影响。力锤脉冲激励的实验结果表明：周期管结构信道存在多重回波、振铃衰落、通阻带交替和偏移等复杂特性，但利用扫频确定最佳载波频率或宽带通讯能够改善传输性能。     

非周期型理想钻柱系统声传播特性研究

基于一维声传播理论推导出了非周期型理想钻柱系统的频散方程和透射波声衰减方程,数值计算了非周期型钻柱系统几何参量与其频散特性、声衰减特性之间的关系,并利用有限元ANSYS对非周期型理想钻柱系统的声传播特性的结果进行了验证。研究结果表明：非周期型理想钻柱系统的频散特性与多个周期性结构系统频散特性相“与”的结果一致,具有通带较窄而阻带较宽,且频率在阻带范围内的声波沿钻柱传播时声衰减较大的特性。     

声子晶体夹层板结构的隔声性能研究

格栅夹层板材料由于其拥有耐冲击性能良好、比强度大和比刚度高等优点,已在实际工程中得到了广泛的应用。虽然格栅夹层板结构在高频段具有优良的隔声性能,但在中低频段受质量定律的限制,使得其隔声性能并不理想。声子晶体作为一种周期性的结构,因其特殊的带隙特性,使特定频率的弹性波无法在结构中传播,因而具有优良的抑制噪声传播的性能;将声子晶体结构与夹层板结构相结合,设计了一种在设定频率范围具有优良隔声性能的声子晶体夹层板结构。通过数值仿真和结构模型的试验,验证了该设计的声子晶体夹层板结构具有优良的隔声性能。     

多层周期性结构隔声特性的试验研究

根据固体物理学的周期性结构的能带理论,通过试验研究多层周期性结构的隔声特性.并利用频谱分析技术对多层周期性结构与非周期性多层结构进行分析,试验和分析表明:多层周期性结构呈现出声子禁带的隔声特性.     

车用凸形板结构的隔声分析

针对路面车辆的行驶噪声,利用外尔声子晶体表面态具有沿特定方向声传输的特性,通过声振子结构来设计声边界,调整声传输路径,改善车内声环境。首先提出一种新的凸形板单元模型,进而探讨合成维度SH(Shear Horizontal)波输入下的一维声子晶体应用于汽车隔声的理论依据,最终得到不同结构参数下模型色散曲线及色散曲线影响因素,实现声边界效应。通过仿真分析证明,模型存在实现声定向传播和声阻现象的结构参数。通过不同结构参数模型改变声传输路径的方法,为车辆隔声提供一种转移噪声的研究方向。     

大尺寸薄膜型声学超材料复合结构低频宽带隔声性能研究EI北大核心CSCD

薄膜型声学超材料的提出与发展为使用轻薄结构有效解决低频噪声问题带来了希望。然而,受限于局域共振机理,单层的薄膜型声学超材料仅能够在极窄的频段范围内具备优异的低频隔声性能,很难满足舰船动力装备这类需要宽频段有效噪声的实际场景应用需求。通过将不同结构形式的多层薄膜型声学超材料进行复合,以期突破局域共振机理的窄带局限性,实现优异的低频宽带隔声性能。采用等效面密度概念,建立薄膜型声学超材料复合结构的隔声计算模型;基于双混响测试方法,开展多种复合方式的大尺寸薄膜型声学超材料复合结构的混响场激励隔声性能试验,验证隔声计算模型的有效性,比较并分析其低频宽带隔声性能。该研究工作为薄膜型声学超材料复合结构的隔声性能分析与实际工程应用提供一定参考价值。     

水下圆柱壳结构流噪声仿真及降噪技术研究

为探究圆柱壳结构横向来流时流噪声的产生机理和控制技术，对其高雷诺数下的流噪声进行数值仿真，并分析声学覆盖层对流噪声向壳内传播的阻抑作用。首先基于SSTk-ω 湍流模型对流场进行分析，并运用Lighthill 声类比理论构建流噪声数值计算模型，分析圆柱壳内外的声场特性，比较不同声学覆盖层圆柱壳内的声压级。结果表明：流噪声的峰值频率与流场的涡脱落频率一致，为低频噪声；聚氨酯弹性体、聚氨酯泡沫以及铅三种声学覆盖层，铅的吸隔声性能最好，且适当增加空气层对低频噪声的抑制效果更为明显。研究可为水下圆柱壳内流噪声降噪提供一定的指导。     

多组声子晶体复合结构的隔声性能

运用波动分析法,导出了平面波垂直入射时声子晶体禁带特性的计算方法。探讨了构建声子晶体复合结构用于隔断和屏蔽人体敏感噪声谱的可行性。分析计算了由多层铅/软橡胶声子晶体与多层钢/丁腈橡胶构成的声子晶体复合结构的隔声性能。结果表明,通过参数的合理调制和搭配,这种声子晶体复合结构能够降低起始频率和提高禁带宽度,达到人们所要求的隔声目标和良好的隔声效果。     

考虑仪表板声腔的汽车防火墙总成声传递特性研究

根据前机舱噪声向车内传递的路径及降噪原理,分析前围挡板衬垫重层面密度、吸声层厚度和橡胶护套结构对防火墙总成隔声性能及仪表板声腔声压的影响,得出采用适当厚度纯吸声材料前围挡板衬垫代替传统“重层+吸声层”前围挡板衬垫能降低仪表板声腔声压的结论。基于上述研究结论,在某电动车前围挡板衬垫优化过程中,提出较原方案降重72 %的新方案,整车声传函测试和噪声测试结果表明轻量化样件NVH性能在低频段与原方案相当,在中高频段优于原方案。最后总结防火墙总成声传递特性设计的一些原则。