宽带低频放大器的设计

文中讨论了宽带低频放大器的设计。宽带网络采用有源低通滤波器和有源高通滤波器组合而成。在电路设计中，有源滤波电路和放大电路采用同一放大模块，这样简化了电路，缩小了体积，提高了产品的可靠性。通过分析低通滤波器和高通滤波器的设计过程，给出了试验数据、滤波器波形和宽带低频放大器电路图，再经过调整得到较好的通频带波形。该放大器在10～85kHz这个范围内，有较好的增益平坦度和稳定的性能，电压增益为60dB，满足设计要求。

高阶微穿孔型超材料低频宽带吸声机理

针对现有低频噪声控制的迫切需要,提出了一种高阶微穿孔型超材料结构,解释了其低频宽带吸声机理,并设计了新型的高阶微穿孔型低频宽带吸声超材料,在300~3 000 Hz的频率范围内表现出连续优异的吸声特性。设计了单个单元的吸声结构,通过在传统的微穿孔超材料内部增加穿孔板的方式,激发高阶特性,对比发现,高阶微穿孔型超材料实现了对高阶峰值的灵活调整。使用理论公式和有限元仿真,建立单元结构的计算模型计算单元的吸声系数,对结构进行吸声机理分析,同时分析了典型结构参数对于吸声特性的影响规律;在此基础上,通过单元间的严格耦合,设计了一种9单元宽带吸声结构,并进行实验验证。实验结果表明,该材料总体厚度为106.1 mm,在300~3 000 Hz的频率范围内获得了连续优异的带宽,平均吸声系数达到90%以上。该结构具有亚波长厚度的低频宽带吸声特性,在汽车、飞机、轮船等噪声环境中,具有广阔的减震降噪的工程应用前景。

悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究

研究了利用系统非线性来提高悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获效率的随机共振机理,通过增加一对矩形永磁铁对传统线性悬臂梁压电振子结构进行了改进,结果揭示:在外部非线性磁力作用以及合适的磁铁间距条件下,这种外加磁力悬臂梁压电振子会构成一个双稳系统,在外部宽带低频随机振动源激励下发生随机共振现象,且发生随机共振时的输出电压明显增大,从而可以扩展悬臂梁压电振子的共振频率范围、提高低频振动能量的转化输出.

入射湍流与螺旋桨相互作用的低频宽带噪声预报研究

对船舶螺旋桨低频宽带噪声理论预报方法进行了研究。文章全面综合归纳了现有船舶螺旋桨低频宽带噪声预报的主要方法,并对最常用的谱方法开展了分析,给出了详细的公式推导和数值离散过程;同时通过与文献中试验结果比较,证实了该预报方法的合理性。利用谱方法预报得到了某船舶螺旋桨的1/3Oct.低频宽带噪声,结果表明,船舶螺旋桨低频宽带噪声在叶频及其谐频处存在脉动的峰值(humps),其低频宽带噪声谱量级主要取决于螺旋桨0.7r处的特征值;通过研究得到了螺旋桨低频宽带噪声与主要参数的定量关系,研究成果可为螺旋桨的低噪声设计提供参考。

基于组合微穿孔板的低频宽带吸声超材料研究

如何实现低频宽带吸声,一直是噪声控制工程领域亟待解决的问题之一,近年来声学超材料的迅速发展为此提供了新的解决思路。将拓宽单个峰值吸声带宽与引入第二阶吸收峰两种方式有效结合,基于组合微穿孔板提出了一种低频宽带吸声超材料,建立了组合微穿孔板吸声结构的吸声理论模型与数值仿真模型,分析了其低频宽带吸声机理。理论计算结果与数值计算结果吻合良好,验证了组合微穿孔板吸声结构的准确性。该吸声结构在低频范围产生双吸收峰,峰值都接近准完美吸声,同时具有两个较宽的吸声带宽,结构厚度满足亚波长尺度,展现出了良好的低频宽带吸声特性。最后,通过严格的参数设计,仅耦合两个吸声单元后在250~900 Hz范围内得到了一个连续的吸声频带,平均吸声系数达到0.86,此时结构最大厚度为70 mm。该吸声结构具有优异的低频宽带吸声特性以及丰富的可调性等特点,在噪声控制工程领域具有一定的应用前景。

低频宽带多波束声呐系统设计及试验研究

声学方法探测沉底及掩埋小目标在沉埋雷探测、海洋油气田管线定位等军民技术应用领域有着迫切需求及重要意义。文中概述了浅地层剖面仪、合成孔径声呐及海底三维成像系统等几种主流声学探测沉底及掩埋目标技术装备的现状及特点,分析了各自优势及存在的不足。并针对沉底及掩埋有限长管线目标探测需求,分析了低频宽带多波束声呐探测沉底及掩埋有限长管线目标的混响抑制及空间分辨能力,设计了系统的技术指标、使用方式、声探测基阵技术方案、硬件技术方案、信号处理流程、软件界面及软件处理流程,归纳总结了文中设计的低频宽带多波束声呐系统特点,在湖上完成了沉底有限长管线目标的试验验证。结果表明,低频宽带多波束声呐能可靠并有效地探测沉底管线目标。

船舶推进器低频宽带非定常力试验研究

低频宽带力是船舶推进器非定常力的重要组成部分,一方面它会直接辐射引起低频段较高的噪声,另一方面还会通过轴系传递到船体,引起船体振动并辐射噪声,因而对其研究具有重要意义。本文利用试验手段对船舶推进器低频宽带非定常力进行了系列研究,利用自主研制的非定常力动力仪,在大型循环水槽不同网格模拟伴流场中对不同叶数、不同材料推进器模型进行了低频宽带力测量,得到了低频宽带力的典型频谱特征规律,以及宽带力随速度、湍流参数、材料、叶数变化的定量关系。研究成果可为船舶推进器低频宽带力的理论预报方法提供试验验证数据,同时为宽带力的频谱特征规律分析提供了试验支撑。

二阶运动补偿对低频超宽带SAR视线误差补偿的影响

视线误差补偿是低频超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)成像处理的关键,该文主要研究基于测量数据的距离空变视线误差补偿,即二阶补偿。标准的二阶补偿在推导的过程中,对回波进行了一定的近似,认为距离空变视线误差对回波距离迁徙校正(RCMC)没有影响,而这个近似条件,在低频超宽带SAR中是不满足的。针对这个问题,该文对二阶补偿在低频超宽带SAR中的应用进行了分析,研究了3种二阶补偿方法,即:二阶补偿位于RCMC之后完成;二阶补偿位于RCMC之前完成;沿距离向划分子带进行二阶补偿。文中对3种二阶补偿方法进行了对比分析,并对每种补偿方法中存在的误差进行了分析。最后采用仿真以及实测低频超宽带SAR数据验证了文中分析的正确性。

适用于低频超宽带合成孔径雷达的改进Frequency Scaling算法

本文提出一种适用于低频超宽带(LrWB)合成孔径雷达(SAR)去调频接收信号的改进频率尺度(Frequency Scaling以后均简写为FS)算法。与原始的FS算法相比,该算法作了两大改进:第一步,该算法消除了信号在距离多普勒 域中所作的泰勒展开近似,实现了对参考距离目标的精确二次距离压缩(SRC)和距离迁徙校正(RCMC);第二步,该 算法减小了SRC因式没有随距离更新所造成的剩余相位误差,改善了测绘带边缘目标的聚焦性能,极大的提高了有效测 绘带宽;并且这种改进的FS算法与原始的FS算法相比并不增加运算量。仿真数据表明:这种改进FS算法的第一步改进 实现了小测绘带宽的精确聚焦,第二步改进将第一步的有效测绘带宽提高约20倍。

低频超宽带SAR定标体散射特性

低频超宽带合成孔径雷达辐射定标过程中,定标体的散射特性表现为低频谐振散射特性。常规散射特性计算方法如矩量法中的广义阻抗矩阵在谐振频率点上条件数过大,导致计算不准确。本文给出了基于奇异值分解的方法得到较为精确的计算值。为了克服矩量法每次只能计算一个频点的散射特性,本文给出了基于渐进波形估计的方法,获得定标体超宽带散射特性。

低频宽带发射信号的DSP处理

介绍了在数字信号集成开发环境 ( CODE COMPOSER STUDIO)下进行 DSP软件开发的过程。详细阐述了利用 TMS32 0 C5 4 1 0数字信号处理芯片 ,通过 C语言编程实现低频宽带发射信号仿真的设计流程。这一设计的实现 ,不仅达到了预定的技术标准 ,而且突破了以硬件电路产生振荡和调制 ,由功放发出带载频信号的传统方法 ;克服了硬件电路难调整 ,不稳定的缺点 ;

新型负模量声学超结构的低频宽带机理研究

提出了一种具有负模量特性的新型声学超结构,并揭示了其低频带隙的形成及拓宽机理.通过理论推导给出了该新型结构的归一化有效模量表达式,由于有效模量的零值点与系统参数密切相关,可以调节合适的参数使得零值点降低或带隙下界降低,进一步实现低频带隙.理论结果表明,在一定的频率范围内,系统的弹性模量为负且负模量区域进一步拓宽,从而通过负模量区域的放大而拓宽带隙.这种新的实现低频带隙的方法克服了传统局域共振附加质量过大及惯性放大结构带隙较窄的缺点.同时,通过有限元法得到的周期结构的传输率随着结构参数的变化趋势与理论分析的变化趋势基本一致,并得到了约40—180 Hz的低频宽带.这种实现低频带隙的新思路对低频声波的控制具有很重要的理论指导意义.

吸声型薄膜声学超材料低频宽带吸声性能研究

该文根据吸声型薄膜声学超材料的吸声机理,在传统的吸声型薄膜声学超材料结构的基础上引入质量非对称结构,优化了不同厚度质量片的排布方式,并根据优化结果制备了能够实现低频宽带吸声效果的薄膜声学超材料样品。对其进行声学实验,测试结果显示,样品在100-1000Hz频率范围内的平均吸声系数达0.25,并在250-800Hz频率范围内出现了多个共振吸收峰,且实验测得的吸声系数曲线与仿真曲线的趋势有较高的一致性。因此,该样品实现了低频宽带吸声。

声学黑洞轻质超结构的低频宽带高效隔声机理及实验研究

针对低频声波在传播过程中穿透力强、难衰减这一问题,研究了一种新型声学黑洞超结构,结合了声学黑洞和声学超结构的优点,通过改变曲面形状实现了低频宽带高效隔声。在一块10 mm厚薄板上,以阵列形式嵌入多个声学黑洞单元,完成声学黑洞既轻且薄的超结构设计。将设计好的声学黑洞超结构用3D打印技术制作出来,通过驻波管实验对声学黑洞超结构隔声特性进行验证。分析实验数据得到,声学黑洞超结构在50~1 600 Hz的频带上平均隔声量可以达到将近30 dB,并且在100~600 Hz频段内平均隔声量高达40 dB。研究了当声学黑洞单元几何形状幂函数的幂指数发生变化时,声学黑洞超结构隔声量的变化。因为设计好的声学黑洞超结构对加工工艺要求较高,在实际的工程应用中并不方便,所以最后还设计了一款方便实际工程应用的声学黑洞超结构,进行了实验验证,并分析了参数变化时对此结构隔声量的影响。研究的声学黑洞轻质超结构在航天航空、汽车、舰船等需要小尺寸结构实现低频大宽带降噪情况下有潜在的应用前景。

螺旋桨低频宽带噪声影响参数研究与流—声多目标优化设计

文章以谱方法为理论基础,以条带法为数值求解方法,针对Sears力响应函数引入厚度修正,建立了螺旋桨低频宽带噪声理论预报方法。通过对比10叶模型螺旋桨水筒试验数据,验证了厚度修正的效果,厚度修正后总声级误差由2 d B减少至1.1 d B。文中利用厚度修正后的预报方法,从三个层次六个方面对影响螺旋桨低频宽带噪声的参数进行研究,并实现了流-声多目标优化设计:(1)单个螺旋桨影响参数灵敏度分析:1外半径型值对总声级影响较大,而内半径几乎没有影响。2利用Sobol灵敏度分析法对两个不同叶数螺旋桨的流场参数和螺旋桨参数进行研究发现:不同桨叶下各参数影响因子几乎一致,来流速度对于螺旋桨低频宽带总声级有最大贡献,约为30%的正效应,其次是湍流度约为22%的正效应,而湍流积分长度仅占7%的负效应。(2)单个螺旋桨流—声多目标优化设计研究:以NSGA-Ⅱ为优化算法,结合非定常面元法和低频宽带噪声预报方法,实现流-声多目标优化设计。(3)多个螺旋桨相对关系稳健性分析:对不同螺旋桨低频宽带噪声相对关系稳健性进行研究,分析湍流积分长度和湍流度变化的影响。该文的研究成果为下一步将低频宽带噪声纳入螺旋桨设计考核指标奠定了理论基础。

低频大宽带声学超结构的多阶共振高效吸声机理

针对传统吸声材料效率低、频带窄的不足,设计了一种多阶共振超表面。多阶共振超表面通过在共振腔内部插入一个或多个带有小孔的分隔板来构造,使其保持原吸声峰和结构尺寸不变情况下,在较宽频带内获得多个近乎完美的吸声峰,明显增加了吸声频带宽度。通过吸声系数和相对声阻抗率对迷宫二阶共振超表面的高效吸声特性进行分析,并研究了孔径变化对二阶共振超表面吸声特性的影响规律;采用声电类比法推导出多阶共振超表面的等效声阻抗,并将二阶共振超表面等效成二自由度质量弹簧系统,通过系统固有频率和固有振型分量对多阶共振吸声机理进行深入分析。考虑到亥姆霍兹共振腔内空气的热黏性,在对多阶共振超表面的理论计算进行推导时,引入了等效密度和可压缩性的理论。通过对多单元耦合参数的精确平衡,设计了9个单元组成的低频宽带亚波长超表面吸收器,该超表面厚度为8 cm,在310~1560 Hz的频带范围内具有连续优异的吸声特性,平均吸声系数高达90%以上。这项研究可为实现低频大宽带吸收提供一个新的思路,并在工程降噪中有潜在的应用前景。

微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理

针对传统材料难以有效吸收低频噪声且带宽较窄的问题,提出了一种微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理,并设计了多元胞超表面结构,其中每个元胞由微穿孔板和折叠背腔组成。首先利用有限元仿真和理论公式计算单个元胞的吸声性能,并与传统亥姆霍兹共振器结构进行对比,发现该结构具有优异的高阶峰值,而且峰值带宽增加约1倍,基于此提出了实现低频和宽带的机理;然后分析了典型结构参数对吸声特性的影响规律,如吸声面积比、小孔直径及背腔深度等;最终通过多单元峰值间严格耦合,设计了由8个元胞组成的宽带吸声超表面。结果表明:吸声超表面厚度仅为6 cm,在频段550~2500 Hz范围内实现连续优异的吸声带宽,平均吸声系数高达90%以上。该结构具有厚度薄、频带宽且强度好等特点,在消声室、工厂和航空等场合具有广泛的应用前景。

微薄膜超材料复合隔声结构的低频宽带隔声研究

在治理环境噪声方面低频隔声是一个难以解决的顽疾。随着声学超材料的发展,发现由薄膜微结构周期排列构成的轻质隔声材料具有优异的低频隔声性能。研究这种低频隔声材料与传统隔声材料的组合,通过设计这样一种复合结构实现覆盖低频到中高频的高效宽带隔声。在理论上推导出薄膜微结构的隔声量计算公式及简化公式,同时结合传统均质板的隔声理论,实现对复合隔声结构整体隔声的理论预测。通过对所设计样件的测试验证了理论模型的有效性,结果表明该复合结构具有高效的宽带隔声效果。该研究对低频宽带噪声控制具有较大应用价值。

低频大宽带超结构水声发射换能器研制

基于声学超结构中的等效零质量特性,设计出一种超结构水声发射换能器的核心部件——辐射盖板,揭示了局域共振声辐射机理和多单元协同耦合声辐射机理。通过等效零质量设计使结构发生局域共振,获得大的表面振速,从而实现较高的辐射声压级。同时,利用多个单元之间的协同耦合,使结构在不同位置处实现局域共振,实现工作频带的大幅度拓展。基于此机理,设计了一种新型小尺寸低频大宽带超结构水声发射换能器,采用有限元方法对结构参数进行优化,依据优化结果制作出试验样机,直径为400 mm,高度为240 mm,总质量为46 kg。测试结果显示,换能器在40~1 050 Hz内具有比较良好的发射响应,平均发射电流响应约为146 dB,与理论仿真计算结果基本吻合。该研究内容为水声换能器结构的发展和改进提供了一种新思路,具有一定的应用前景。

含间隙非线性弹性超材料的低频宽带机理

揭示了基于非线性混沌理论含间隙的非线性局域共振结构的低频宽带形成机理,提出了一类含间隙非线性局域共振结构设计的新理念.在该间隙非线性局域共振系统中,产生了非线性混沌现象,且这种非线性运动可以成功地改变振动噪声中的频谱结构,当系统运动进入混沌状态时,线性谱能量大大削弱,变成了一个连续的宽频谱,进而有效隔离低频线谱.有限元计算结果表明,正是这个间隙引起的非线性混沌现象导致了低频宽带的产生,且理论分析和有限元分析结果高度一致.因此,这类含间隙非线性局域共振弹性超材料结构的设计新思想为局域共振弹性超材料的发展开辟了新天地,且基于非线性混沌理论的低频带隙的形成机理为减振降噪应用研究奠定了非常重要的理论基础.