水下声速剖面仪标定方法研究

声速是重要的海洋声学参数之一,精确测量声速是声纳准确测距的基础。单波束测深仪的深度改正、多波束测深仪波束角改正及声线弯曲改正都离不开声速剖面的测量。国产HY1200型声速剖面仪是一种测量海(江、湖)水中声速、温度垂直剖面的测量仪器,本文以之作为实验仪器,对水下声速剖面仪标定方法进行研究。     

声学法电站锅炉温度场重建算法的研究与比较

为了声学法电站锅炉温度场测量的需要，重点沦述了一种利用正则化方法对电站锅炉炉膛温度场进行重建的算法，并与最小二乘法温度场重建算法进行了比较。该算法与最小二乘法温度场重建算法的主要区别是通过在温度场重建中加入火焰先验信息，提高测量数据较少时温度场的重建精度，通过仿真考察了该算法与最小二乘法算法对不同温度分布函数的重建效果，结果表明该算法比最小二乘法温度场重建算法具有较高的重建精度，用该算法可通过较少测量数据快速而较高精度地实现电站锅炉炉膛二维温度场的重建。     

面向三维球体空间温度场的对射式超声波测量研究

温度测量在航空航天、公共安全、智能制造及智能家居等方面具有重要意义。基于超声波原理的测温技术是近年来发展起来的一种新型温度测量方式,超声波测温技术具有非接触式,温度测量范围广,响应速度快和测量准确度高等特点,在航空发动机、微波干燥等领域表现出了良好性能。该文面向三维球体空间温度场测量的需求背景,基于超声波飞行速度与介质温度相关原理,采用收发同体式超声波换能器,设计了针对二维圆形平面的8换能器结构和针对三维球体空间的26换能器结构,提出了分时轮训超声波换能器接收控制策略,建立了基于径向基函数的空间温度重构算法,并基于Matlab平台对测温方法进行仿真。仿真结果表明,对于构建的对角偏斜和中心对称二维圆形平面温度场模型,以及中心对称三维球体温度场模型均具有良好的重建效果,同时在超声飞行时间的测量中还叠加了标准差分别为0.02%、0.03%和0.05%的三类高斯白噪声,进一步验证了该文提出的对射式超声波温度场测量方法具有较好的鲁棒性。     

利用声波法重建舰船排气温度场及红外辐射强度

为了提高舰船排气红外辐射监测水平,提出了一种基于声波法的排气烟羽温度测量和辐射强度计算方法.利用声速与温度的关系,建立排气温度场声学测量模型,通过声波传感器测量的声波传递时间,重建排气烟羽温度分布.利用该温度分布,通过解算红外辐射模型,获取排气红外辐射强度.通过仿真实例对该方法进行了验证,仿真结果表明:基于声波法的温度场重建方法在5%的测量误差水平内具有良好的重建效果,基本解决了舰船排气温度场和辐射强度实时计算的数学模型问题,为进一步开展舰船红外辐射实时监测技术的实船应用奠定了基础.     

光学层析技术测量三维非对称温度场

采用卷积背投影公式实现了位相物体的三维非对称温度场的重建,为光线偏折型测量三维非对称温度场提供了高精度分析和处理实验数据的方法。     

基于Lazy Snapping混合模拟退火算法的高压开关柜温度场红外三维图像重建仿真

提出基于Lazy Snapping混合模拟退火算法的高压开关柜温度场红外三维图像重建仿真方法,以提升高压开关柜温度场仿真效果。该方法利用主动式红外图像传感器采集高压开关柜温度场红外图像后,使用直方图非线性拉伸算法对其实施增强处理;再使用Lazy Snapping算法对增强后的高压开关柜温度场红外图像进行分割,并通过混合遗传模拟退火算法合成二维纹理流场图像;以该图像为基础,使用Image Quiltingh纹理合成算法合成高压开关柜温度场三维图像,完成高压开关柜温度场红外三维图像重建仿真过程。实验结果表明：该方法可有效增强高压开关柜温度场红外图像,其分割红外图像时的交并比数值接近1.0;可依据其生成的二维纹理流场图像生成三维图像,温度场仿真数值最大偏差仅为0.03℃。     

基于声波法的舰船排气红外温度场的仿真重建研究

根据声速与温度的关系,提出了一种基于声学法的舰船排气红外温度场重建方法。通过布置在烟囱边界的声波传感器,测量各声波传递路径的时间,进而解算温度场。分析了测量误差对重建结果的影响,结果表明基于声波法的温度场重建方法在5%的测量误差水平内具有良好的重建效果。该方法为红外辐射强度以及红外制导武器锁定距离的计算提供了重要支撑,为舰船实现红外隐身动态控制奠定了基础。     

红外高温温度场中非完全温度点重建方法与预测精度的研究

在高温温度场重建过程中,仍然需要通过温度场的单点温度值来构建整个温度场的温度分布情况。以焊接温度场为例,通过反距离加权法、克里格法和样条函数法三种插值方法,分别对其空间变异和布局进行了分析和重建。结果表明:不同插值方法对预测精度影响不显著,而采样点数量则显著影响了温度场空间分布的重建精度。在温度场重建过程中,25个采样点进行重建是比较适宜的采样数量。将得出的结论与最佳采样公式进行比较,发现使用公式计算的最佳采样数量相对偏低,说明不考虑采样点实际的空间变异情况,仅使用最佳公式得到的采样数量进行温度场的重建会导致重建结果的不准确。     

一种基于面阵CCD的单波长辐射测温方法

介绍了一种基于面阵CCD的单波长辐射测量三维温度场的方法.通过引入一种新型的多路面阵CCD数据实时采集系统采集待测温度场多个方向投影数据,利用计算机层析技术重建温度场内部空间物理量的分布,然后根据维恩近似公式获得空间温度场的分布.对多路CCD数据实时采集系统的内部构造以及工作原理进行了较为详细的阐述.并对蜡烛的火焰温度场进行了测量,最后用热电偶验证此方法的正确性.利用此系统可以做到数据实时采集,为三维流场的实时测量奠定了良好的基础.     

位相物体的三维非对称温度场的计算机模拟

应用计算机模拟实现了三维非对称温度场的重建，为莫尔偏折术测量三维非对称温度场提供了一种实时自动的和高精度的处理方法。     

一种基于压缩感知的导波场重构方法

导波场分析法可有效识别和表征结构损伤,但受限于奈奎斯特采样定律,全波场信号的采集耗时严重。为提高全波场信号的获取效率,现有方法依靠压缩感知和激光多普勒测振技术,以少量空间测点信号重构出原始波场,然而该类方法依赖具有一定随机性的抖动采样策略,在商用激光多普勒测振系统上不便实现。为解决这一问题,该文提出了一种基于均匀稀疏采样策略的导波场重构方法,并搭建压电片激励/扫描式激光多普勒测振仪传感(PZT激励/SLDV传感)实验平台,对含人工损伤的铝板进行实验验证。实验结果表明,该方法可将空间测点数减少到奈奎斯特采样点数的10%以下,并在导波场重构精度及损伤成像精度方面达到与抖动采样策略的同等水平,且提高了导波场分析法的实用性和工作效率。     

基于平滑l_0范数的压缩感知近场声全息方法

传统平面近场声全息(CPNAH)是一类典型的不适定问题,采用波数域滤波或Tikhonov正则化等方法都无法彻底解决,因此,提出一种基于平滑l_0范数的压缩感知平面近场声全息法(SL0-CS-PNAH)。根据全息面上测量声压的特点,采用symlets8小波函数构建正交小波变换矩阵,将其作为重建面质点法向振速的稀疏基。将CPNAH中使用的瑞利(Rayleigh)第一积分公式离散化,确定SL0-CS-PNAH中满足约束等距原则的测量矩阵,设置合适的压缩比,利用测量矩阵对稀疏信号进行压缩采样。在由感知矩阵、全息面测量声压和稀疏向量共同构成的约束条件下,建立稀疏向量的最小l_0范数优化模型,采用平滑l_0范数重建算法求解此模型下的最优化问题,得到质点法向振速的最优稀疏解,再将最优稀疏解和稀疏基相乘恢复重建面质点法向振速。在数值仿真实验中,将测量点由64×64减少到32×64的情况下将传统CPNAH、基于正交匹配追踪算法的压缩感知近场声全息(OMPCS-PNAH)、基于子空间追踪算法的压缩感知近场声全息(SP-CS-PNAH)和SL0-CS-PNAH进行比较。实验结果表明,在相同采样率和压缩比条件下,采用SL0-CS-PNAH的声场重建质量较好且重建效率较高。     

基于波叠加法的近场声全息重建参数选取研究

基于波叠加法近场声全息的基本原理,分析了使用波叠加法进行声场重建时结果不准确的原因。研究了重建距离、重建频率、等效源的数目、等效源的半径及信噪比等参数变化对重建精度的影响。研究结果表明,与空间傅里叶变换法的平面近场声全息相比,波叠加法近场声全息拓展了重建距离的适用范围;波叠加法近场声全息对5 kHz以下声源的重建效果较好;等效源半径最好选为辐射体半径的0.8倍以下。     

Reconstruction of Vectorial Acoustic Sources in Time-Domain Tomography

A new theory is proposed for the reconstruction of curl-free vector field, whose divergence serves as acoustic source. The theory is applied to reconstruct vector acoustic sources from the scalar acoustic signals measured on a surface enclosing the source area. It is shown that, under certain conditions, the scalar acoustic measurements can be vectorized according to the known measurement geometry and subsequently be used to reconstruct the original vector field. Theoretically, this method extends the application domain of the existing acoustic reciprocity principle from a scalar field to a vector field, indicating that the stimulating vectorial source and the transmitted acoustic pressure vector (acoustic pressure vectorized according to certain measurement geometry) are interchangeable. Computer simulation studies were conducted to evaluate the proposed theory, and the numerical results suggest that reconstruction of a vector field using the proposed theory is not sensitive to variation in the detecting distance. The present theory may be applied to magnetoacoustic tomography with magnetic induction (MAT-MI) for reconstructing current distribution from acoustic measurements. A simulation on MAT-MI shows that, compared to existing methods, the present method can give an accurate estimation on the source current distribution and a better conductivity reconstruction.     

声场全息重构方法与实验研究

声场全息重构是通过近场声全息重构声源的声辐射特性的一种声场反演方法,是近年来的研究热点问题.基于近场声全息声场重构模型,研究声场全息重构方法;再运用LabVIEW虚拟仪器软件平台,开展了传声器阵列各通道标定校准、数据采集、全息面复声压的获取和声场可视化等声场全息重构实验研究.实验结果表明,声场全息重构实验具有较高的定位精度,同时也验证了声场全息重构方法的有效性和实用性.     

尾流中气泡的主动声特性模型及有限元分析

尾流中气泡的主动声学特性是主动声探测和声波在尾流中传播的理论基础。分析入射声波在空气与水的分界面的反射/折射特性和气泡在受迫振动条件下的散射,建立尾流中气泡的主动声学特性的弹性薄球壳模型。对气泡模型运用有限元分析得到气泡的谐振频率,与理论值比较验证了模型的正确性。