声校准器声压级计量比对研究

声校准器是空气声声压量值传递的主要标准器之一,既作为声学计量标准中的标准器,又作为计量器具广泛应用。为考察国内实验室声校准器声压级测量量值准确一致程度,考核声校准器计量标准、环境条件、人员水平、方法、数据处理、管理能力等方面的实际水平和能力,国家市场监督管理总局组织了声校准器声压级量值计量比对,中国测试技术研究院作为主导实验室,参比实验室包括主导实验室在内的6家国内计量技术机构。文章介绍了声校准器声压级的测量原理与比对实施过程,应用归一化偏差对测量数据进行处理,分析了比对数据与结果,验证了参比实验室的比对结果具有较好的一致性,针对一些技术问题提出了建议与解决方法。

改进FFT算法在频域全聚焦超声成像中研究

针对钢块中孔洞缺陷的超声成像检测,目前普遍采用时域超声成像算法。该方法中的延时叠加过程需要进行重复、繁琐的迭代运算,无法满足高质量实时成像的需求,频域超声成像算法具有更高的成像分辨率和更快的成像速度。提出了一种针对任意非0值输入的基2-FFT输入分级截断算法,将该算法应用在频域FMC-PSM算法成像中,得到改进的FMC-PSM算法,用于钢块中孔洞缺陷检测超声成像。实验结果证明,相较于标准FMC-PSM算法,改进的频域FMC-PSM算法能够在呈现更高质量图像的同时将成像速度提高了15%,有望解决超声成像中成像质量和成像效率难以兼顾的问题。

基于改进DBNet-RNN的声级计读数识别方法

为提高声级计校准工作效率,提出了一种基于深度学习神经网络的声级计图像读数检测与识别方法。读数检测模型以DBNet为基础模型,将ShuffleNetV2作为主干网络,显著降低模型参数量;为提高读数区域检测精度,引入高效通道注意力ECA模块,提高网络对于通道特征的提取能力,优化后的模型在保持精度的同时参数量缩减为原来的15.4%,计算量缩减为原来的67.4%。读数识别模型以CRNN为基础模型,先加入批量规范化层,提高网络训练时的稳定性;然后,引入残差块替换原有的卷积块,提高了网络对于复杂特征的提取能力;将Dropout应用于网络中,提高网络的泛化能力;此外,在合成读数数据集上对读数识别模型进行预训练,有效增加了模型准确率。改进后的方法准确率达到了99.7%,相较原方法提高了2.4%。实验结果表明,该方法对声级计图像中存在的字体多样、光照不均、模糊等影响因素具有较强的鲁棒能力,对声级计图像中的读数具有较高的识别精度。

振动液柱管中不同尺度水听器灵敏度补偿方法

针对不同尺度的球型和圆管型测量水听器,通过仿真软件COMSOL建立管中声场模型,分析不同尺度水听器对声场的干扰,进而对不同尺度水听器声压灵敏度补偿修正。通过振动液柱校准装置,在校准频段100~1000 Hz对不同尺度水听器灵敏度标定,与补偿后的水听器灵敏度值比对结果表明:水听器的尺寸会扰乱周围声场分布,导致管中声场分布不均匀;当敏感元件尺寸接近声管内径时,圆管型测量水听器甚低频段干扰接近2.28 dB,而高频段干扰最高达5 dB。同尺寸的圆管水听器相较于球型水听器对声场的干扰较大。补偿后的水听器灵敏度不确定度在0.52 dB以内,满足振动液柱法校准的指标要求。

基于运动轨迹约束的静水压激励法水听器校准

针对传统静水压激励法水听器校准系统中,由于连通软管欠约束导致连通软管内水体振动时惯性力对等效声压的影响不一致,从而引起由测量重复性引入的不确定度偏大,影响水听器灵敏度校准不确定度的问题,提出了基于运动轨迹约束的静水压激励法水听器校准方法。该方法设计了运动约束装置控制连通软管在振动时产生相同的运动轨迹,基于此建立数学模型确定了连通软管部分振动对等效声压的影响,推导出不受限于水听器开路电压测量数据的等效高度计算公式。搭建了基于运动轨迹约束的静水压激励法水听器校准装置,并与传统方法进行了比对。实验结果表明:相较于传统静水压激励法,该方法将水听器灵敏度校准的不确定度由0.34 dB(k=2)减小到0.25 dB(k=2),其中由测量重复性引入的不确定度从0.12 dB减小到0.02 dB。

消声室传声路径校准中传声路径位置偏差的影响因素研究

消声室声学测量作为衡量产品声学特性的重要手段,其性能直接影响相关声学试验准确度。测量过程的准确性不仅受理论计算限制,还受实际测量过程影响。由于传声装置和钢丝绳的自重,传声路径从理想直线变形为曲线,进而影响声学性能测量的精确性。因此,对于消声室传声路径的校准工作尤为重要。利用有限元仿真重点研究绳长、松紧度和倾角对传声路径的影响,通过相应实验验证仿真模型的准确性,并通过横向对比参数,研究不同参数对于传声路径的具体影响。针对参数对传声路径偏差的研究,从多角度为传声路径误差校准提供了思路,有助于提高消声室测量装置的精度,在一定程度上促进消声室高精度全自动校准系统的发展。

用于土壤温湿度检测的声表面波标签设计

针对土壤温湿度的并行检测提出了基于声表面波标签的解决方案。采用耦合模理论对阻抗负载型声表面波标签进行建模与仿真,得到负载反射栅回波幅值和相位随电容值变化规律。在此基础上,根据声表面波标签对土壤温湿度不同的敏感机理,设计了一种双通道双边带标签结构,采用时分多址的方法解决了对不同深度层级土壤同时检测时存在的回波信号混叠问题。通过回波信号的相位和幅值比实现了土壤温湿度检测,结合矢量网络分析仪和阅读器对标签进行测试,测试结果表明了标签的有效性。

泊松比变化对基于波速混凝土损伤计算的影响

利用超声波波速计算材料损伤的方法有广泛的应用,然而现有研究中常忽略泊松比的变化。研究了泊松比变化对基于波速混凝土损伤计算结果的影响。首先,通过理论分析,在基于波速的损伤计算公式中引入泊松比修正系数;其次,通过对混凝土柱试件进行轴压试验,验证了考虑泊松比变化的必要性;最后,在试验数据的基础上提出了泊松比修正系数实用计算方法。结果表明:忽略泊松比变化的影响时,基于波速的混凝土损伤计算值与真实值的平均相对误差高达73%;采用泊松比修正系数后,该误差减小至21%。基于波速进行混凝土损伤计算时宜计入泊松比修正系数以提高计算精度。

高强度聚焦超声换能器焦点峰值声压联合定征方法

采用实验测量与理论计算相结合的方式,提出一种高强度聚焦超声换能器焦点峰值声压联合定征方法。对于孔径60 mm、焦距75 mm的聚焦超声换能器,在水中测量并仿真模拟线性压力波形,修正得到聚焦超声换能器的有效孔径和焦距。在高强度激励下对调整后的换能器模型进行数值计算,用零相位滤波器不失真地得到各谐波的初始相位信息,发现二次谐波、三次谐波相对基波的相对相位量随激励强度基本不变。利用光纤水听器对高强度聚焦超声换能器的各次谐波声压幅值的测量,结合仿真分析得到相位关系,各次谐波叠加得到焦点峰值声压。聚焦超声换能器在峰峰值电压V_(p-p)为250 V激励下,焦点正峰值声压为7.56 MPa,负峰值声压为-4.98 MPa。

基于超声层析成像的钢坯内部缺陷检测技术研究

为实现对钢坯内部缺陷形态的准确检测,提出一种基于先验知识的超声层析成像方法。首先,阐述了融合先验知识的超声层析成像原理,利用最短路径射线追踪方法实现超声层析成像改进;然后,通过有限元仿真分析验证了该方法的可行性,讨论分析了采集方案,确定了相关检测参数;最后,搭建了实验检测系统,开展相关验证实验。通过对含缺陷分布的成像结果图进行处理分析,结果表明:对于单孔洞缺陷试块的孔洞轮廓面积相对误差为2.84%,位置误差较小;对于双孔洞缺陷试块的相对误差为5.45%,其中远离发射探头的孔洞存在较大的位置误差。该方法为超声层析成像技术的应用提供了一种思路和方法。

多源声发射信号混合重叠组稀疏分类研究

针对高速列车车体裂纹声发射检测的多源、波模式重叠及噪声干扰问题,提出一种基于本征模态的混合重叠组稀疏(MOGS)分类方法用于声发射源识别。MOGS是一种兼顾组间和组内稀疏,同时允许类间特征重叠的结构稀疏模型。设计了一种新的噪声预分解矩阵以降低本征模态分解计算量,选取目标特征频带模态为分类样本来提高类间差异。通过K-SVD层次稀疏组套索罚训练MOGS类别字典,并给出一种罚函数块坐标可分离的近似光滑处理过程以实现MOGS套索求解。实验表明,该方法对几类多源含噪信号分类准确率均高于80%,在识别率和波形重构效果上优于对比方法。

基于开槽法的超声应力换能器LCR波检测深度校准研究

基于开槽法开展了超声应力换能器LCR波检测深度校准研究。其原理是当开槽深度超过LCR波渗透深度时,波的传播会受开槽的影响。首先,采用弹性波时域显式物理场,建立了LCR波渗透深度的有限元研究模型,仿真了LCR波的产生及传播过程,并且分析了槽型对LCR波及检测深度的影响。通过声时差与幅值变化幅度2个特征参数,得出矩形槽比梯形槽更适合用于校准换能器的检测深度。在此基础上,开展不同频率换能器检测深度校准试验,制定不同深度的矩形槽试块,分别校准了2.5、5、7.5 MHz频率下的LCR波渗透深度,并对2.5 MHz的实验结果开展不确定度评定。结果表明:2.5 MHz换能器的LCR波检测深度10次测量的平均值为2.85 mm,与标称值的误差为0.15 mm,合成标准不确定度为0.29 mm。研究结果对于校准不同频率下换能器检测深度及提高应力测量空间分辨率具有意义,并且可为LCR波渗透深度的经验公式提供实验参考。

建筑声学用橡胶球恢复系数的测量方法研究

橡胶球是一种用于建筑声学测量活动的空心球体,用于模拟人类活动时产生的声音和振动。恢复系数是衡量橡胶球计量特性的重要指标之一。为简易、快速、准确地测量恢复系数,介绍了关于橡胶球恢复系数的测量方法及其系统构建。测量系统由多通道信号分析仪、加速度传感器、PC电脑及软件、测试工装组成。通过实时采集橡胶球的时域信号,并进行处理计算,得出测量值。考虑使用环境对测量带来的误差,给出了两种恢复系数的测量方法作为参考对比(基于初始高度和任意高度下落)。实验结果表明:在3个不同预设高度下(0.8 m,1 m,1.2 m),两种方法得到的恢复系数均在实际目标允许误差(0.8±0.1)范围内,证明了两种方法的可行性。提出的两种橡胶球恢复系数测量方法具有结构简单、测量精准和高效的特点,特别是利用弹跳碰撞时间差计算橡胶球恢复系数的方法简便易行,具有良好的工程实用性。

一种圆柱形基阵阵元灵敏度原位校准方法

针对声呐基阵实船安装后阵元接收性能受艏端内声散射干扰及导流罩透声性能差异影响,实际接收性能难以准确校准的问题,提出基于标准水声源比较法的圆柱形基阵阵元灵敏度原位校准方法。首先对校准原理及所涉及的圆弧距离修正法和循环叠加平均法进行分析,并以某圆柱形声呐基阵为对象,设计并开展了湖上验证试验,对试验数据进行计算分析,结果表明基于标准水声源比较法能够准确获取基阵阵元接收灵敏度性能及阵元间灵敏度一致性,研究工作可为声呐装备实船交付后的性能校准提供一种思路,完善对声呐装备的计量保障能力。

噪声对阶跃信号上升时间测量不确定度的影响

为了更准确地反映阶跃信号上升时间测量过程中可能存在的不确定度来源、提高测量结果的可信度,对噪声引入的阶跃信号上升时间测量不确定度分量开展了数值仿真和试验分析。结果表明,信噪比对上升时间测量不确定度存在显著影响,在信噪比较低的情况下,噪声引起的上升时间测量不确定度成为主要来源。通过比较Savitzky-Golay平滑算法和移动平均平滑算法在阶跃信号上升时间计算中的应用效果,发现采用适当的平滑算法可以降低噪声引入的不确定度分量,其中,移动平均平滑算法的效果更好。本研究有助于提高动态信号测量结果的可靠性和准确性,对航空、航天、汽车等领域的动态信号测试不确定度分析具有重要的参考价值。

水声材料低频声性能的驻波管测量

介绍一种用于水声材料低频声性能测量的驻波管测试系统。该系统采用双水听器传递函数法来测量材料样品在背衬下的低频反射系数 ,测量频率低于 1kHz,管子的内径为 85mm。文中首先对测量方法和系统构成作必要的说明 ,然后对水 空气自由界面的反射系数进行测量来验证本系统的测量方法 ,通过对均匀橡胶材料样品的测量 。

声管脉冲回波法吸声系数测量技术

利用可控脉冲声信号，采用回波方法，在圆形声管中测量了样本材料的吸声系数。依据回波信号和入射声波的功率谱密度先解算反射系数，然后计算吸声系数。与B＆K4206阻抗管测量结果相比，在200Hz～5kHz频段内吸声系数差别在10％以内。所用脉冲声具有波形规则、脉冲时间短、频带宽的特点，测量精度比同类方法显著提高，特别是低频区域数据可靠。测量系统装置简单、重复性好。测量装置的不确定度主要源于样品在声管中安装的精密性。

蒙特卡洛法在混响时间测量不确定度评定中的应用

针对当前相关校准规范中混响时间测量不确定度评定示例存在的不足,依据蒙特卡洛法(MCM)基本分析方法和混响时间测量实际模型,应用MCM规范地评定混响时间测量的不确定度。在结合和分析具体测量实例的基础上,详细描述MCM评定的条件、过程和结果。通过方法对比讨论JJF1142—2006《建筑声学分析仪校准规范》原有评定示例存在不足的原因,提出完善建议,并强调两种评定方法的选取原则。作为MCM在声学校准领域的典型应用和推广具有一定的参考意义。

低频噪声谱自动测量系统及测量误差分析

本文介绍一个采用FFT分析仪与计算机的低频噪声谱自动测量系统,它具有测量频率范围宽(1Hz～100kHz)、测量过程自动化及实时数据处理等优点。重点讨论了低频噪声谱的测量误差,包括测量结果期望值与真值的相对偏差以及随机起伏引起的方差。理论和实验表明,在低频段采用数据记录长度4s、平均1024次后,可达到优于4％的测量精确度。

0.01～1Hz水声声压标准装置的研究

为了精确测量和分析低于1Hz频率的甚低频水声信号,建立了0 01～1Hz水声声压标准装置。装置由声压生成系统、正弦振动系统和电子测量与控制系统所组成,采用静水压激励法产生0 01～1Hz频率范围内变化的声压。在低频段的声压值为195 86Pa。在高频段的声压值由于受振动惯性力的影响,随频率的增高而减小,但通过对等效高度的精确求定也可精确已知。装置可直接校准甚低频水听器的开路电压灵敏度值,校准值的扩展不确定度为0 3dB(P=95%)。