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。     

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。     

半空间近场声全息技术的等效源配置研究

当振动体位于某边界面上方时,通常可采用半空间近场声全息技术重构三维空间声场,以便考虑该边界面反射作用对声场的影响.其中,基于等效源法的半空间近场声全息技术将反射声视为由一系列位于边界面下方的等效源辐射所得,采用自由空间传递函数即可实现半空间声场重建,原理简单,计算方便,但该方法计算精度严重依赖于等效源配置.如果等效源配...     

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。     

半空间近场声全息技术的等效源配置研究

当振动体位于某边界面上方时,通常可采用半空间近场声全息技术重构三维空间声场,以便考虑该边界面反射作用对声场的影响。其中,基于等效源法的半空间近场声全息技术将反射声视为由一系列位于边界面下方的等效源辐射所得,采用自由空间传递函数即可实现半空间声场重建,原理简单,计算方便,但该方法计算精度严重依赖于等效源配置。如果等效源配置不合理,重建精度很低,甚至重建失效。而目前的等效源配置方法主要适用于自由声场。以探索适用于半空间声场的等效源配置方法为目标,通过数值仿真研究和分析,寻找合适的等效源配置方案,最终获得更高更稳定的半空间声场重建精度。     

压缩机噪声的跟踪采样近场声全息实验研究

降低噪声水平是提高产品质量的一个重要指标,识别噪声和振动源有助于采取针对性措施改进设计,从而达到减振降噪的目的。近场声全息技术的三维可视化功能可以有效地重建声振场,识别噪声源的主要位置。针对工业中广泛使用的旋转机械,提出用跟踪采样技术结合近场声全息方法进行声场分析,可以获取不同旋转区间的声场信息。以小型旋转式活塞压缩机为研究对象,压缩机由压缩机主体和储液器两个主要部分组成。利用Mller-BBM测试系统对压缩机外部声场进行测量,同时跟踪记录压缩机叶片的运动过程,在信号预处理后获取压缩机不同工作阶段的声信号,然后通过近场声全息技术重建了不同工作阶段压缩机表面的声场。重建的结果反映了声源的主要位置和不同工作阶段的变化情况,为近场声全息技术分析旋转机械声源方面提供了参考。     

基于模态展开法的水下航行器辐射噪声远场预测方法研究

为了通过圆柱体表面离散声压或振速数据,实现对有限长圆柱壳体的辐射声场预测,提出"基于模态展开法的声场预测"算法。该算法将介质中有限长圆体的径向振动用轴向及周向模态表示,并建立各阶模态与全息面之间的传递函数矩阵,通过匹配全息面声压或振速来确定各阶模态系数;在此基础上,少量远场声压数据进行最小二乘意义下的参数匹配,获取最优的轴向及周向模态阶数,最终实现辐射声场的预测;通过点声源、圆柱体模型及船舶模型的数值仿真及消声室试验,验证了该方法的准确性和有效性。仿真及实验结果表明:与圆柱统计最优近场声全息方法相比,所提出的方法在全息孔径以外不会出现周期性虚像,适用于有限长圆柱体的辐射声场预测。     

测量点位置对声源识别的影响

振动表面的振速可以用声辐射模态展开表示,讨论了利用声辐射模态进行噪声源识别的方法.对于声源振速重建,关键就是确定展开系数.在声场中选择N个测量点,测量声场中的信息,求解展开系数.以平板振动为实例,利用声辐射模态对平板表面的振速分布进行重构,研究声源识别问题.通过模拟计算,发现声辐射模态方法结合Tikhonov正则化方法可以进行噪声源识别.同时就同一测量面上测量点的不同分布情况对识别的不同效果进行分析.研究结果表明:测量点位置分布不均匀时,声源识别效果较好.     

一种非自由声场中声源表面振速重构简化方法

在非自由声场中利用近场声全息技术重构声源表面振速时,需要先去除干扰声及干扰声在声源表面的散射声对重构结果的影响。针对刚性边界的声源提出一种非自由声场中表面振速重构的简化方法。该方法利用声源表面的刚性边界条件,只需一步求逆过程即可实现干扰声和散射声的去除以及声源表面振速重构。在仿真中选取简支铝板作为目标声源进行分析,结果表明该方法能够在非自由声场中实现声源表面振速的准确重构。最后通过实验进一步证明了该方法的有效性。     

利用部分声源面测量数据识别噪声源

为利用声源面少量测量数据识别噪声源,提出了一种基于声辐射模态的联合利用声压与法向振速进行噪声源识别的方法。首先,对辐射声阻抗矩阵进行特征值分解,得到基于振速的声辐射模态;然后,推导出了与基于振速的声辐射模态具有一一对应关系的基于声压的声辐射模态;最后,建立了联合利用声压与法向振速的噪声源识别公式。进行了单点激励下的简支平板数值仿真和固支平板激振实验,结果表明:该方法能够联合利用少量的声压与法向振速对声源面的声压和法向振速进行较好的重建,从而实现噪声源识别。该方法的提出能够促进基于声源面测量的噪声源识别技术在工程实际中的应用。     

基于近场声全息的目标反射声场重建方法研究

准确分析目标表面反射声场信息对提高水下航行器等设备的声隐身性能具有重要意义。提出利用近场声全息技术对水下目标反射声场进行重构,可以得到反射体表面的反射声场分布信息。以一个胶囊状壳体为测量对象,进行仿真分析和实验测量。结果表明,利用近场声全息技术进行声场重构的误差可小于10%,验证基于近场声全息的目标反射场重建方法的可行性和有效性,可为进一步的工程实践提供参考。     

少量测点条件下提高结构法向振速重建精度和分辨率的方法

为了解决少量测点条件下利用近场声全息技术重建结构表面法向振速精度和分辨率不高甚至失效的问题,提出了一种基于声压声辐射模态的全息面插值算法,可有效提高结构法向振速重建精度和分辨率。计算全息面声压声辐射模态向量;根据声压声辐射模态收敛性,求取截断声压声辐射模态展开系数的最小二乘解或Tikhonov正则化解,由此计算出插值点处的声压值;利用插值后的全息面数据重建结构表面法向振速。简支平板激励仿真和音箱实验均表明,少量测点条件下利用该方法能够有效提高结构法向振速重建精度和分辨率,验证了方法的有效性。同时音箱实验验证了方法的可行性。     

基于质点振速输入和Laplace变换的流动媒质中近场声全息技术

流动媒质中近场声全息技术(NAH)是一种能够实现流动媒质中声源识别和声场重建的先进技术。大多数流动媒质中NAH算法都是以声压作为输入量,但在测量声压时,传声器和媒质之间相互作用会产生气动背景噪声。得益于质点振速能够利用光学方法进行测量(例如LDV),以质点振速作为输入量的流动媒质中NAH具有一定的优势。然而,当以质点振速作为输入时,经典的基于空间Fourier变换的流动媒质中NAH算法存在奇异性问题,导致该方法具有不稳定性。鉴于此,本文提出了基于Laplace变换的流动媒质中NAH技术,在时间上利用Laplace变换代替Fourier变换,从理论上消除了奇异性,进而实现了基于质点振速输入时流动媒质中声场的精确重建。仿真结果表明,所提出的方法具有良好的声场重建效果。     

基于分布源边界点法的近场声全息实验研究

采用基于分布源边界点法的近场声全息技术对运转状态下的罗茨真空泵进行了噪声源识别和定位研究。实验采用13个声压传感器组成的传声器阵列和1个参考传声器测量全息面上的复声压信息，进而通过基于分布源边界点法的近场声全息技术和Tikhonov正则化方法重建获得声源的表面法向振速。重建结果表明：在测量信号中存在的2个低频噪声是支架在真空泵振动的激励作用下产生共振所致，而非真空泵本身所固有的噪声；而1533．2～1699．2Hz的宽带噪声则是真空泵端盖表面振动所产生，是真空泵所固有的噪声。同时，重建结果给出了各频率处噪声源的具体位置，为有效地进行真空泵的噪声控制提供了依据。     

基于等效源法的单全息面分离声场研究

近场声全息能高分辨率地重构声场,但是其所要求的严格的自由声场条件在工程上很难得到满足,声场分离的方法能虚拟出自由声场,扩大了近场声全息技术的应用范围。目前的声场分离方法对声源要求有较多的先验知识,一定程度上阻碍了近场声全息技术的应用。文章根据声波等效源法的原理提出一种新的单全息面分离声场方法,无需目标声源和噪声源的先验知识,即可对声场进行分离,达到虚拟消声的效果。通过理论推导证明了方法的正确性,通过数值仿真验证了该方法的可行性。     

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.     

利用源强分布声辐射模态识别噪声源

为了解决噪声源识别中存在的识别精度不高、分辨率受限、对测量条件要求高等问题,提出了基于源强声辐射模态的噪声源识别方法。该方法首先计算结构的源强声辐射模态矩阵和声场分布模态矩阵,然后利用声场中测得的声压数据向量与结构声场分布模态矩阵的关系求出声辐射模态展开系数向量,最后通过声辐射模态矩阵和声辐射模态展开系数向量的积就可得到结构的源强分布,从而达到对噪声源识别的目的。该方法利用较少的测量点可以获得较高分辨率和识别精度。通过平板振动仿真和音箱实验验证了该方法对平面结构噪声源识别的有效性。     

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。     

基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

根据基于波叠加方法的声全息技术研究了水下声源的辐射声场预报问题,通过水听器阵列测得的复声压预报三维空间声场的声特性。数值仿真分析了一有限长圆柱壳模型在不同频率力激励作用下的声场预报精度,发现测量阵列尺寸与结构尺寸相近即可准确预测声场。水池和湖上实验分别对柱形换能器声源和加肋双层圆柱壳受激辐射声场进行了预测并和实测值进行了对比,结果表明该方法是一种稳健有效的声场预报方法。不同频率下,二者误差一般在3dB以内,能够满足工程需要。为实际水下大型结构的空间声场预报和降噪性能预估提供了工程参考。     

多设备源激励下水中柱壳结构声振特性研究

研究多个设备振动激励下的水中有限长圆柱壳体振动与声辐射特性。基于薄壳理论,建立单频多个设备振动激励下水中有限长圆柱壳体的声振耦合方程,采用模态展开法推导出多源激励下壳体振动响应和辐射声功率的解析表达式,分析设备激励源数、激励形式及其组合方式等对壳体振动响应和辐射声功率的影响规律。研究表明:多设备振动激励作用下,施加的多点激励力间距越大,壳体结构振速响应和辐射声功率越低;沿周向施加线激励力,不易激起壳体振动与声辐射,而沿轴向施加的激励力越集中,所激起壳体的振动与声辐射越强;在激励力合力相同的条件下,增加激励力接触面积可有效隔声。研究结果可为水下航行体的振动噪声控制提供理论依据。