基于奥米亚寄生蝇的三维声定位MEMS器件设计

为进一步减小声定位器件尺寸、提高测量精度,我们提出了一种微型仿生三维声定位传感器,利用MALAB对该听觉模型进行了分析,结合ANSYS进行了器件的设计与仿真。仿真结果表明:该传感器很好的实现了耦合放大机制,对于244 Hz的声波,入射角度在XZ平面内从90゜变化至0゜时,振幅值比从1变化至3.11,时延从0变化至45μs,YZ平面内,振幅值比从1变化至2.85,时延从0变化至43μs。

水下航行体首部边界层转捩噪声源定位研究

为研究水下航行体首部边界层转捩区的噪声特性及声源位置,本文采用缩比SUBOFF模型在高速水洞中开展了试验研究。水洞试验段来流速度为3~7 m/s,基于模型长度的雷诺数为10^(7)量级,首部表面布置14支脉动压力传感器,测量了首部层流边界层、转捩和湍流边界层的脉动压力场。为定位声源位置,采用传声器阵列进行了水下航行体首部主要噪声源的三维声源定位,定位方法为基于小波变换的函数波束形成方法。试验结果表明:随着来流速度增大,首部边界层转捩起始位置不断向前移动,同时脉动压力频谱中的中频分量显著增加。声源定位结果表明:水下航行体首部主要噪声源呈三维环形分布,且声源所在流向位置与边界层转捩区位置基本重合,表明边界层转捩区是水下航行体首部的主要噪声源。

破碎煤岩体试样声发射三维定位方法及分层破碎特性

为探究破碎煤岩体承压过程中内部变形及再次破碎特性,设计了专门适用于破碎煤岩体试样的声发射三维定位实验方法,以2.5~5 mm破碎无烟煤为例揭示了破碎无烟煤压实-声发射特性。实验结果表明:1)破碎无烟煤试样压实过程可划分为初始压密、线性压实、塑性压固三个阶段,声发射计数、能量与其变形的三个阶段具有很好的对应性;2)破碎无烟煤试样存在分层压实破碎特性:压实中颗粒破坏首先发生在中部层位,随着压缩程度的增强破坏现象逐渐向上部以及下部层位转移,且最终上部和中部层位破坏程度最大;3)应变率达到0.24压实终态的粒径再次筛分结果显示,上部及中部层位颗粒承压再次破碎后多孔结构变化最大,而下部层位由于变形压实程度较小其多孔结构变化程度最小。

可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法

当前平面传声器阵列结合波束形成方法进行声源识别定位时,存在不能确定声源相对全息测量阵列距离的问题,提出了可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法。基于球面波声场模型和波束形成方法,在不同深度的平面上进行声聚焦,首先根据聚焦面上波束形成功率的最大点位置沿聚焦深度方向(即z方向)的轨迹变化判断声源在z方向的位置,再进一步确定声源在x和y方向的位置。为验证方法的有效性,在点声源构成的声场中进行了仿真验证,并且在全消声室内进行了单声源及多声源识别定位的实验验证。仿真结果和实验结果一致表明:该方法能够实现基于平面阵列的三维空间中声源的识别定位。但由于受二维平面阵列所限,仍不能识别在其前后的声源的位置。

平面阵列结合波束形成理论声源深度识别定位

当前平面阵列结合波束形成方法进行声源识别定位时,存在不能确定声源相对全息测量阵列距离的问题,提出了平面阵列结合波束形成理论识别定位声源深度的方法。该方法先将整个三维空间均匀网格化,网格的交点作为假定声源的位置,然后根据波束形成原理,采用平面阵列测得的声压来获取整个空间的声场分布,通过搜索声场响应的最大值对应的空间位置来识别声源的深度以及它的三维坐标。为了验证方法的有效性,在点声源构成的声场中进行仿真验证。仿真结果表明:该方法能够有效地识别定位声源的三维坐标。

基于伞型和轮辐阵列的三维波束形成方法

伞型三维传声器阵列结合三维声聚焦波束形成方法可以识别阵列前后位置。为验证方法的有效性,通过伞型三维传声器和轮辐平面传声器阵列在点声源构成的声场中进行了单声源的仿真对比,并在全消声室内进行了单声源识别定位的实验对比。仿真结果和实验结果一致表明:采用伞型传声器阵列能够识别定位三维空间中的声源,突破了轮辐传声器阵列的局限性。在此基础上,通过仿真和实验数据获得了两种阵列在X和Y方向的主瓣宽度等,并分析了伞型和轮辐传声器阵列的特点。

基于提高定位精度的圆形嵌套麦克风阵列结构研究

以提高定位精度为目的,同时从减少定位时延、消除定位模糊的角度出发,并且考虑到线阵定位角度范围的限制,提出了嵌套的均匀圆形麦克风阵列结构。由于在使用高分辨率的近场声源三维定位算法时会带来较高的计算复杂度,所以采用了宽带聚焦算法进行处理,使其时延得到较大幅度的降低。仿真结果表明,该方案取得了较好的定位效果。

针对鲁棒性三维声源定位问题的全局性算法

针对到达时间差度量误差和声源具有鲁棒性的三维声源定位问题,提出了一种用半正定规划方法求解的线性校正总体最小二乘全局性算法(LCTLS-SDP).将带二次等式约束的分式二次规划声源定位模型转化为带二次不等式约束的非凸齐次二次优化问题;利用对偶理论设计算法求出该模型的最优解.理论证明LCTLS-SDP算法能找到问题的最优解.实验结果显示,LCTLS-SDP算法有稳健的定位结果.

水‐力耦合条件下玄武岩声发射特征试验研究

开展玄武岩水-力耦合室内三轴试验,通过传感器接收玄武岩在破坏过程中所释放的声发射信号,基于声发射事件率、主频以及上升时间与最大振幅比值(ratio of rise time to maximum amplitude,RA)-平均频率(average frequency,AF)来研究玄武岩在水-力耦合作用下的声发射特征。水-力耦合作用下玄武岩破裂过程中的声发射事件率随着水压增大在峰后阶段表现得更为集中;声发射主频信号呈带状分布,主要集中于中频段(75~200 kHz),水压增高对小尺度的裂纹扩展有一定的促进作用;RA-AF值说明玄武岩内部裂纹扩展过程表现如下:张拉破坏→剪切破坏为主、张拉破坏为辅的局部剪切破裂面→宏观剪切破裂面;基于声发射三维定位,发现随着水压增大岩石内部破坏程度加剧,裂纹数量增加,宏观破裂角逐渐减小。

不等幅循环荷载下石灰岩局部微裂隙三维扩展及劣变非线性机制

深部岩体的变形破坏过程受开挖卸载或其他扰动荷载的影响。为探索岩体空间微裂隙扩展规律和渐进破坏过程中的非线性机制,开展预静载低频不等幅加卸载循环条件下石灰岩三维定位声发射实验。结果表明:(1)弹性能与总能量的比值、耗散能与总能量的比值都具有相应的阶段性特征,耗散能的变化与预制裂隙的分布、微裂隙扩展空间位置及扩展速度有关;耗散能和撞击数的变化满足石灰岩灾变临界的幂率变化规律。(2)完整石灰岩试样和含不同倾角的预制裂隙石灰岩试样的峰值强度随预制裂隙数目的增多而下降并受预制裂隙位置的影响;不同试样应力-应变曲线峰后出现不同程度的转折,且出现Ⅰ和Ⅱ类曲线。(3)石灰岩试样内三维裂隙多重性和局部扩展规律受预制裂隙的影响。完整试样和不同预制裂隙试样破坏过程受不同力学机制的主导并从宏观上表现出不同的破坏模式。(4)在深入研究岩石劣化过程的基础上,将数学领域的微积分、物理领域的热力学原理与岩石力学与工程领域的具体问题结合,揭示了能量演化过程的非线性机制。研究结果拓展了热力学研究的深度,利于工程岩体劣化过程瞬时状态热力学机制和破损非线性机制的理解。