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超声声场激光层析成像及其扫描参数优化研究

中国激光 2024年第5期51卷 36-47页

作者：张小丽何程昊冯秀娟张慧牛锋何龙标中国计量科学研究院力学与声学计量科学研究所北京100029 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072

空气耦合(简称“空耦”)超声换能器具有非接触检测、适合复杂工况和原位检测等独特优势,已被广泛应用于超声无损检测等领域。声场重建对于开展空耦超声换能器声束宽度、扩散角等声场特性参数的表征,进而保障超声检测系统的横向分辨率及... 详细信息

空气耦合(简称“空耦”)超声换能器具有非接触检测、适合复杂工况和原位检测等独特优势,已被广泛应用于超声无损检测等领域。声场重建对于开展空耦超声换能器声束宽度、扩散角等声场特性参数的表征,进而保障超声检测系统的横向分辨率及定位精度具有重要意义。笔者基于声光效应和层析成像技术对50~200 kHz空耦超声换能器的声场重建开展研究。超声声场的重建质量与空间分辨率密切相关,但高空间分辨率会导致扫描时间呈几何倍数增长。笔者从仿真和实验的角度对声场空间分辨率(即声场扫描参数)进行优化,在保证声场重建图像质量的前提下将扫描效率提高了2~4倍。同时,将优化后的声场重建结果与传声器在相同位置处的声场直接测量结果进行比较,验证了声光效应层析成像进行超声声场重建的可靠性。

关键词：测量层析成像处理声光效应激光测振仪声场表征扫描效率

不同边界工况下受电弓区域流场结构及气动噪声特性对比分析

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中国铁道科学 2024年第3期45卷 117-127页

作者：潘永琛张格明李志强柳润东刘兰华苏林潘镜冲中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司科信部北京100081 中国科学院声学研究所中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190

为研究流场结构对受电弓气动噪声的影响,运用分离涡模拟方法和FW-H方程对高速受电弓区域流场结构和气动声场进行数值计算,对比分析平面和车体凹腔2种边界工况下流场特性、涡旋结构以及气动噪声特性的变化差异,为局部结构的气动声学优化... 详细信息

为研究流场结构对受电弓气动噪声的影响,运用分离涡模拟方法和FW-H方程对高速受电弓区域流场结构和气动声场进行数值计算,对比分析平面和车体凹腔2种边界工况下流场特性、涡旋结构以及气动噪声特性的变化差异,为局部结构的气动声学优化以及仿真预测提供参考。结果表明:边界形式对局部流动具有明显的调制作用,速度场、涡量场均发生较显著的变化,相比于平面边界工况,车体凹腔边界工况下涡旋尺度增大,流动结构变得更为“有序”;车体凹腔边界工况下受电弓表面声压级相对较低,且气动噪声能量主要分布集中在500 Hz内的低频段;不同边界工况下Lamb矢量散度分布特征显示,气动声源的类型未发生变化,且车体凹腔边界工况下气动声源强度相对较弱;2种边界工况下的螺旋度分布差异意味着边界形式对流场的调制影响湍流能量的输运过程以及气动噪声能量的转化效率。

关键词：受电弓流场气动噪声边界形式涡旋结构

采用矩阵束方法的复合材料圆管周向导波频散数据获取

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声学学报 2024年第3期49卷 472-479页

作者：江灿武丹舒孟炯温家炜马卫卫中国科学院声学研究所北京100190 湖北航天技术研究院总体设计所航天动力先进技术湖北省重点实验室武汉430040 中国科学院大学北京100049

基于矩阵束算法,提出了一种从弧形阵列采集数据中获取复合材料圆管多模态周向导波频散数据的方法。首先根据留数定理,给出了频率域导波响应信号的多模态周向导波叠加公式,构建了阵列导波信号的Hankel矩阵;然后通过求解Hankel矩阵的广义... 详细信息

基于矩阵束算法,提出了一种从弧形阵列采集数据中获取复合材料圆管多模态周向导波频散数据的方法。首先根据留数定理,给出了频率域导波响应信号的多模态周向导波叠加公式,构建了阵列导波信号的Hankel矩阵;然后通过求解Hankel矩阵的广义特征值获取了导波的频散数据,给出了综合利用正向和反向接收弧形阵列处理结果降低频散数据中噪声的方法;最后,设计了碳纤维复合材料圆管中周向传播导波信号的测量实验,利用矩阵束方法获取了圆管周向导波的频散数据,并与采用半解析有限元方法模拟的理论频散曲线进行了对比分析。理论频散曲线与实验数据吻合良好,表明该方法具有很强的鲁棒性,即使采用空气耦合换能器作为发射接收阵列,也可以有效地从弧形阵列波形信号中获取周向导波的频散数据。

关键词：周向导波频散复合材料圆管矩阵束方法

有源降噪入耳式耳机声衰减实验测量及对比研究

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声学学报 2024年第3期49卷 577-586页

作者：伍晓琳程晓斌桑晋秋李晓东中国科学院噪声与振动重点实验室(声学研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049 华东师范大学上海智能教育研究院上海200062

针对有源降噪入耳式耳机声衰减测量,对比研究了4种典型的测量方法,包括真耳听阈衰减法(REAT)、等响法(LB)、真耳内置传声器法(MIRE)和专用声学测试装置法(ATF)。依据该类耳机的特点设计了测量装置、实验环境和实验方案,开展了3款耳机的... 详细信息

针对有源降噪入耳式耳机声衰减测量,对比研究了4种典型的测量方法,包括真耳听阈衰减法(REAT)、等响法(LB)、真耳内置传声器法(MIRE)和专用声学测试装置法(ATF)。依据该类耳机的特点设计了测量装置、实验环境和实验方案,开展了3款耳机的测量研究。结果表明,对于无源声衰减测量, MIRE方法与作为护听器“黄金”标准的REAT方法相比,中高频差异在±3 dB范围内,而MIRE方法在低频更准确;对于有源声衰减测量, MIRE方法与LB方法的结果接近,差异在±2 dB范围内,且MIRE方法更易于操作。MIRE方法有较高的测试效率和准确性,是测量有源降噪入耳式耳机声衰减的一种有效方法。

关键词：有源降噪声衰减测量耳塞入耳式耳机护听器

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全方位数字宽带多波束渔用声呐研制

农业工程学报 2024年第4期40卷 82-90页

作者：李国栋汤涛林张玉涛王志俊程婧尹项博魏珂杨航杨育红中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海200092

针对远洋渔业捕捞作业过程中对于高效、高精度探测扫海的需求,该研究结合全方位数字宽带多波束技术具有长距离、高分辨率目标探测的特点,采用宽带技术和多波束技术抑制界面混响、体积混响的干扰,及提升探测目标分辨率,提出一种基于可编... 详细信息

针对远洋渔业捕捞作业过程中对于高效、高精度探测扫海的需求,该研究结合全方位数字宽带多波束技术具有长距离、高分辨率目标探测的特点,采用宽带技术和多波束技术抑制界面混响、体积混响的干扰,及提升探测目标分辨率,提出一种基于可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的分布式信号处理系统架构,实现多个扇区独立探测扫海,通过水声学理论仿真分析方法,确定影响系统性能的换能器阵尺寸、最大探测距离和最优工作频点3个主要参数之间的相互制约关系,并结合国内典型渔船现状确定渔用声呐关键参数,优选探测信号频段为20~30 kHz。进一步分析噪声、界面混响、体积混响对探测性能的影响,采用基于FPGA的“并行+串行”宽带波束成形实现算法方案,使运算过程中片上存储资源使用量降低90%;采用Delta-Sigma调制技术提升发射信号信噪比,将20~30 kHz内的噪声调整到50 kHz以上频段;提出基于两点递推插值一步预测的波束稳定改进算法,实现在渔船大幅度摇摆下实时波束稳定误差小于1.6°(-0.8°~+0.8°)。研制渔用声呐圆柱型换能器阵、高集成度接收机和发射机、256通道多通道信号处理机等核心部件,并进行系统集成,最终系统实现256个独立的接收和发射通道,支持20~30 kHz频段信号,具备水平360°全方位及垂直近70°的扫描探测能力。选择远洋围网渔船进行海上试验,结果表明:系统性能稳定,环境目标探测结果清晰连续,对目标强度为0 dB鱼群的探测距离达到1550 m以上。所研制的全方位数字宽带多波束声呐关键指标满足海洋渔业捕捞场景需要,可大幅度提升渔业捕捞探测性能,为下一步大规模自主量产奠定基础。

关键词：渔业声呐多波束宽带 Delta-Sigma调制

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基于神经网络的声学参数预测方法研究

中国测试 2024年第2期50卷 167-171页

作者：万宇鹏周远波文捷陈政赵晶中国测试技术研究院声学研究所四川成都610021 四川海岩声学科技有限公司四川成都610599

为更加准确高效地预测建筑声学客观音质参数,该文基于机器学习的室内中频混响时间和语言传输指数的神经网络预测方法。将基于机器学习的神经网络技术与计算机声学模拟仿真技术相结合,提取800个厅堂建筑的10个典型特征参数和3个目标参数... 详细信息

为更加准确高效地预测建筑声学客观音质参数,该文基于机器学习的室内中频混响时间和语言传输指数的神经网络预测方法。将基于机器学习的神经网络技术与计算机声学模拟仿真技术相结合,提取800个厅堂建筑的10个典型特征参数和3个目标参数,利用Odeon声学仿真平台,针对不同音质参数指标建立多个数值矩阵训练样本数据库,采用机器学习理论对混响时间、语言传输指数等指标进行BP神经网络数据拟合训练。对训练结果的均方误差、误差分布及回归系数进行评估,结果显示混响时间参数的训练均方误差小于0.05 s,语言传输指数参数的训练均方误差小于1.5×10^(-4),所有目标参数的回归系数R值均优于0.95。评估结果表明,该神经网络具备良好的预测准确性、数据泛化性和应用适用性。经实例验证,依托该神经网络编译和封装的应用程序可以实现对目标参数的快速评价,减少人力物力,提高工作效率。

关键词：机器学习神经网络声学设计参数预测混响时间语言清晰度

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频率−波数域处理的线谱目标增强检测

声学学报 2024年第4期49卷 647-655页

作者：王冠群黄海宁迟骋张舒然鞠东豪中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院先进水下信息技术重点实验室北京100190 中国船舶工业系统工程研究院北京100036

针对复杂水下环境中的弱线谱目标检测问题,提出了一种基于频率−波数域处理的增强检测方法。该方法利用线谱目标的时空相干特性,构建适配于均匀线列阵处理的频率−波数域二维联合滤波器,通过自适应迭代方式实现对线谱目标的二维增强;在此... 详细信息

针对复杂水下环境中的弱线谱目标检测问题,提出了一种基于频率−波数域处理的增强检测方法。该方法利用线谱目标的时空相干特性,构建适配于均匀线列阵处理的频率−波数域二维联合滤波器,通过自适应迭代方式实现对线谱目标的二维增强;在此基础上,将频率−波数域的主瓣检测累积结果作为方位谱的输出,实现对线谱目标的方位高分辨。仿真结果表明,该方法对带宽内信噪比−35 dB线谱目标的处理增益可达21.3 dB,方位分辨率在0.3°内。利用海上实测数据进行验证,该方法对线谱目标的处理增益可达8 dB。与CBF、SSED等宽带处理方法相比,该方法具有更高的线谱目标处理增益;与ALE、STJD等线谱处理方法相比,该方法具有更低的旁瓣起伏和更高的目标方位分辨率。

关键词：无源探测线谱增强频率−波数域主瓣检测

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矢量拖曳线列阵声呐流噪声的空间相关性研究

声学学报 2007年第6期32卷 547-552页

作者：杨秀庭孙贵青李敏李启虎中科院声学研究所

根据湍流边界层脉动压力谱的Corcos模型,采用频率-波数域上的二维谱分析方法对矢量拖曳线列阵声呐拖缆护套管内的流噪声场进行了研究,得到了流噪声声压和振速的一般表达式。在此基础上,计算了管内流噪声场的空间相关性。数值计算结果表... 详细信息

根据湍流边界层脉动压力谱的Corcos模型,采用频率-波数域上的二维谱分析方法对矢量拖曳线列阵声呐拖缆护套管内的流噪声场进行了研究,得到了流噪声声压和振速的一般表达式。在此基础上,计算了管内流噪声场的空间相关性。数值计算结果表明:(1)流噪声的轴向相关性随阵元间距的增加而迅速衰减,不同矢量阵元所接收的流噪声可近似认为是彼此互不相关的;(2)在拖缆的径向上,流噪声的低频分量是高度相关的,而其高频分量的相关性则可近似忽略。

关键词：拖曳线列阵声呐空间相关性流噪声矢量阵元间距计算结果湍流边界层一般表达式

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18×18并行流水乘法器芯片设计

电子学报 1995年第2期23卷 82-84页

作者：徐加全候朝焕张骥中科院声学研究所

本文详细介绍了１８×１８ＭｏｄｉｆｉｅｄＢｏｏｔｈ算法和华士树乘法器的全定制芯片设计。芯片的工艺采用１．２μｍ，整个算法仿真和版图设计工作是在ＭｅｎｔｏｒＧｒａｐｈｉｃｓ公司的ＧＤＴ上完成的。芯片加工完成后，一个样片... 详细信息

本文详细介绍了１８×１８ＭｏｄｉｆｉｅｄＢｏｏｔｈ算法和华士树乘法器的全定制芯片设计。芯片的工艺采用１．２μｍ，整个算法仿真和版图设计工作是在ＭｅｎｔｏｒＧｒａｐｈｉｃｓ公司的ＧＤＴ上完成的。芯片加工完成后，一个样片通过所有测试，实测工作频率为３６兆赫。

关键词：全定制乘法器芯片设计