基于遗传算法的HBT干涉声定位阵列优化

针对声学定位性能易受麦克风阵列结构影响的问题,提出一种适用于汉伯瑞·布朗和特威斯(HBT)干涉定位的遗传算法阵列结构优化方案。该方法以相邻两阵元距离差值为个体构造中间种群,按基因由升序排序转换到距离间隔种群。接着以方向图函数为适应度函数,构造基于最大旁瓣电平的目标函数,将麦克风间距作为优化对象,把目标函数转化为无约束优化问题。通过遗传算法求解该问题,得到定位性能最高的阵列结构。仿真结果表明七元阵优化效果最为显著,近点定位旁瓣峰值由0.4374降低至0,远点定位干扰旁瓣数降低至0,该方法可以有效提高定位精度。

超声声场激光层析成像及其扫描参数优化研究

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。

激光层析法空耦超声换能器轴向声场测量研究

空气耦合(简称“空耦”)超声换能器具有非接触、非侵入、完全无损等特点,在航空航天复合材料以及其他孔隙类材料的无损检测领域具有广阔的应用前景。开展空耦超声换能器的轴向声场重建研究,其所包含的近场长度、指向性等轴向声场特性参数,决定着换能器在无损检测中的分辨率、抗干扰及定位精度等性能。激光层析法在声场重建中具有高空间分辨力、宽频带范围和声场非侵入等优点,然而该方法目前主要被用于径向声场表征,轴向声场表征的理论和实验研究较少且不完善。从理论、仿真和实验的角度对空耦超声换能器的轴向声场分布展开研究,实验与仿真结果取得较好的一致性。同时与传声器的轴向声场测量结果进行比较,验证了激光层析法进行空耦换能器轴向声场重建的可靠性。研究结果对于空耦换能器轴向声场的测量、空耦超声换能器的设计和校准具有重要价值。