适用于声源定位的气体绝缘输电线路超声导波传播特性研究

基于到达时间差(TDOA)的声源定位方法是当前气体绝缘输电线路(GIL)故障定位的主要方式,声波在GIL结构上的传输特性深刻影响着定位结果的准确性。为进一步提升故障定位精度,该文提出了考虑导波频散与多模态特性的GIL壳体声传输分析模型,以典型220 kV GIL管段为研究对象,建立声波传输有限元模型,研究了导波特性对故障定位的影响,确定了适用于故障定位的超声导波模态以及GIL非直管结构对该模态导波的衰减与时延量,通过现场定位试验验证了分析模型的可行性,为GIL声源故障定位系统的传感器配置与定位阈值设置提供了计算依据。结果表明,在20~60 kHz频带内,F(1,1)模态导波具有能量高、波形形状稳定、抗干扰能力强等特点,使用该模态导波进行故障定位精度较高。GIL非直管结构会对F(1,1)模态导波造成较大的幅值衰减与一定程度的时延,在故障定位中考虑非直管结构衰减与时延影响可以使定位误差降低60%以上。

基于半波相消的旋转叶片微动回波时频分析

在雷达探测场景中常见旋转引起的微多普勒效应,产生的微动特征与目标的几何和运动参数相关。文中从微动回波的线积分模型出发,基于半波相消的角度对旋转叶片微动回波时频特征形成机理进行了全面分析。首先在远场条件下,基于半波相消分析了旋转微动瞬时频率的形成机理,解释了其旋转微动时频特征的双端效应。进一步地,将半波相消分析扩展至近场条件,解释了近场条件下时频图双端区和镜面散射区凸显的效应。对于远场和近场条件,该文均给出了时频结果的定量解析计算方法。从图像形状和能量变化的角度对近、远场的时频特征进行分析,讨论了不同条件和参数对时频特征形状和细节的影响,基于半波相消分析将近场和远场分析统一起来,同时将线积分模型和局部散射模型联系起来。仿真实验验证了所提分析方法的正确性。

线性光学采样算法中的多普勒补偿研究

基于双光梳的时频传递技术在实验中已经实现稳定的时频传输。然而,当双光梳两端存在相对运动而产生多普勒效应时,涉及的线性光学采样算法将不能满足要求。为了能够精确解算多普勒效应导致的干涉信号时间延时和频率偏移,本文推荐了一种基于宽带互模糊函数的时差频差联合估计算法。仿真模拟了特定参数下,光梳延时为38.78 fs,相对速度在0~1800 m/s之间的若干组干涉信号,所推荐算法仿真得出时延误差为0,速度误差小于0.3 m/s。相对于窄带互模糊函数,该算法具有更好的大速度下时间及频率尺度估计性能。

基于FPGA的液体流量测量系统设计

传统的液体流量检测方法有着测量范围小、精度低、环境适应性较差、受温度影响较大等缺点,不能很好地测量目标液体的流量,同时由于成本高、结构易磨损等缺点,也会造成经济损失。针对以上问题,提出了以时差法为理论、FP-GA为控制核心、MS1022为测量核心的基于FPGA的液体流量测量系统,改进了时差法的不足,消除了温度对测量的影响。测试结果表明,系统误差小于2%,具有良好的可靠性和稳定性,可应用于相关领域中。

Analysis of Electromagnetic Environment Effect Using TDIE-FDTD-MNA Hybrid Algorithm

It is important but difficult to analyze the electromagnetic environment effect(E3) in the designing of modern airborne,sea,space,and ground systems.Thus a hybrid algorithm of time domain integral equation,finite difference time domain and modified nodal analysis(TDIE-FDTD-MNA) is developed to analyze the E3 of complex systems with cables and nonlinear circuit structures.The plane wave time domain(PWTD) enhanced TDIE method is adopted to solve field problems.The higher order FDTD(2,4) is adopted to solve cable problems.The MNA is adopted to obtain the response of complex circuits(with nonlinear structures).Numerical examples demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.

超声波峰谷拟合方法及平面叶栅通道二维流速测量

为准确获取复杂二维流场中超声传播的时差信息,研究了超声波峰和波谷幅值多项式拟合确定回波特征点的信号处理方法,应用于一维和二维流速测量。研制了多通道超声测速装置,在0~40 m/s流速范围内采集一维流动超声信号,使用峰谷拟合法获得流速,其与毕托管流速测量结果的最大相对误差较波峰拟合法减小了0.72%。提出了以对角换能器时差计算二维流速的方法,开展了平面叶栅流道内二维流速测量实验。在多工况下测量的流速与三孔探针的实验结果相对误差均小于3.16%,较好地反映不同进口流速条件下由流道截面变化和叶片弯曲引起的测点处流速大小和方向变化趋势。

基于超声波信号的行为识别方法

作为近年来计算机视觉领域的研究热点,国内的行为识别技术主要依靠于不同场合的摄像头拍摄视频和图像进行分类识别、目标检测等相关视觉处理。因此,为了减少行为识别的消耗以及保护用户隐私,提出并实现了一种基于多普勒效应的行为识别技术,主要技术过程包括生成超声波信号、音频转换与降噪、连续音频切割、进行傅里叶变换以及卷积神经网络分类识别,行为识别的准确率可以达到96.32%并且具备一定的泛化性能,应用前景广泛。

超声波流量计的测流原理及其应用研究

本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理,以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析,得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高,而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。

多普勒效应演示仪设计

根据多普勒效应基本原理,利用超声波作为信号源制作了多普勒效应演示仪。利用40 kHz超声波作为信号源,具有频率高、方向性好、发射功率高、不易受干扰等优点,能够在有限的教室空间里实现多普勒效应演示。理论证明,速度为340 m/s的超声波,当物体的运动速度在1～2 m/s变化时,差频的变化范围约为120～240 Hz,人耳就能很容易感受到多普勒效应。同时,该仪器还具有制作简单、易携带的优点,并自带测距、测速等附加功能。

面向可穿戴设备的超声波手势识别方法

针对传统的基于触摸屏和计算机视觉的手势交互方法无法应对智能可穿戴设备逐渐趋向小型化和低功耗等问题,依据声波的Doppler效应和运动物体能够改变声波频率的特性,提出了一种基于超声波的低功耗鲁棒手势识别方法。该方法利用Goertzel算法进行超声波频率特征提取和分析,得到手势的移动方向并形成时间序列,进而利用隐马尔科夫模型实现用户手势识别。在微软移动终端Surface上的实验表明,此方法在安静和嘈杂的环境下都能达到较高的手势识别准确率、更高的鲁棒性、更低的计算成本和功耗,能够满足可穿戴设备发展对于手势识别的需求。

长骨裂纹宽度和角度对低阶超声导波的影响

超声导波检测长骨骨折和监测骨折愈合已成为一种极具前景的课题,但高频厚积下导波多模式混叠带来的模式识别和分离问题一直是一个难点。为避免上述问题,在低频下仅激励两个低阶兰姆波SO和AO模式,采用二维时域有限差分(2DFDTD)法定量分析裂纹宽度和骨折角度对SO和AO幅度的影响。结果表明,SO与AO模式的幅度均随裂纹宽度的增加而下降;AO的幅度随骨折角度增大而上升,SO幅度随骨折角度增大先下降后上升,转折点约为45°。SO与AO的幅度比值在不同骨折角度下均能较好地表征裂纹宽度的变化,可为横断型和斜切型长骨骨折状况的超声评价及骨折愈合监测提供依据。

基于超声波多普勒效应的管道流速测量的研究

时差法作为一种传统的测流原理,由于存在安装难度大、机械制造精度要求高和时间截取准确度要求高等因素,造成时差法测流存在一些不确定性,可能无法实时准确地反映水层的瞬时流速。针对上述问题,运用超声波多普勒效应,即水层与流速仪存在相对运动时,声波的反射信号将产生相应的多普勒频偏,研究并设计了一套完整的以STM32F407VGT6为核心处理芯片的超声波发射电路和微弱超声波信号接收处理电路,介绍了基于复调制的Zoom FFT的基本原理,同时成功地运用到了管道流速测量的算法当中,并取得了良好的测试效果。

基于ARM+CPLD的高精度超声波风速仪的设计

分析了运用超声波时差法测量风速风向的基本原理,介绍了风速风向的相关算法,重点给出了基于ARM+CPLD的超声波风速风向仪原型设计。同时提出了一种处理0°(360°)附近平均风向问题的算法,结合实际运用(风力发电)给出了一种运用气压传感器进行绝对风速测量的理论模型。所设计的超声波风速风向仪对环境监测和风力发电等具有重要的参考应用价值。

基于数字存储示波器的超声多普勒效应实验系统的研究与应用

介绍了一种基于数字存储示波器的超声多普勒效应实验系统.该系统利用现有的超声声速测量设备,以频移信号处理电路和数字存储示波器作为数据测量单元的核心,通过与系统底座和运动控制单元相配合,开展与多普勒效应相关的多项综合性、设计性实验.实验中信号的转换、传输和处理过程清晰透明,有利于培养学生的自主动手能力和观察分析问题的能力.该实验系统结构简单,无需复杂的软件编程,各实验室均可自行完成制作,同时又可实现实验资源共享,提高仪器设备的利用率,具有较高的实用和推广价值.

纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应离散元分析——以北川唐家山滑坡为例

运用离散元数值模拟技术,对北川唐家山斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用(同时考虑水平和竖向地震力作用)下产生崩滑破坏的动力全过程进行研究,确定该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:(1)该斜坡体的初期崩滑破坏是受到地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用所致,并以竖向拉裂作用占优,而后期的抛射及运动过程则是受到地震纵横波的耦合作用所致;(2)地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素;(3)该斜坡体动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是:竖向加速度>水平加速度>竖向速度>水平速度,该结果与斜坡体发生先期崩滑破坏的形成机制及主控因素相符合,即地震纵波产生的竖向加速度起到了优势破坏作用。以上结论对研究动力耦合条件下的斜坡崩滑效应具有较高的理论和现实价值。

普通情况下的多普勒效应表达式

考虑到波源和接收器相对于介质同时沿不同方向运动,推导出普遍情况下的机械波多普勒效应表达式·基于爱因斯坦的相对性原理和光速不变原理,利用狭义相对论的时间膨胀公式,推导出光在真空中的多普勒效应表达式·这一推导方法简单明了,物理概念清晰·最后给出了应用多普勒效应表达式的两个实例·

基于脉冲宽度调制技术的超声波测风系统研究

给出了时差法超声波测风系统的总体设计,分析了几种改善超声波信号到达时刻的方法。重点提出了一种基于脉冲宽度调制技术(PWM)的超声波驱动信号的具体实现方法。同时对采用和不采用调制技术两种方案进行了详细的对比分析,结果表明采用调制技术的驱动脉冲更有利于正确判决超声波回波信号的到达时刻。所设计的超声波脉冲驱动方案对基于时差法的超声波风速仪具有重要的参考价值。

汽车超声波油耗测试主要影响因素

结合汽车油耗测试技术的研发水平及发展趋势,采用超声波技术和单片机控制技术,进行汽车油耗测试技术研究。基于超声波时差法油耗测试理论,构建汽车油耗测试的数学计算模型。基于流体力学理论,采用流量修正系数对燃油流速进行修正。分析超声波流量传感器几何参数对汽车油耗测试的影响,采用三维坐标法可精确计算超声波流量传感器几何参数。分析环境温度对流量修正系数和超声波在燃油中传播速度的影响,提出修正措施。量化分析影响声时计算的噪声、测试阈值等参数,采用最大似然估计法消除同频噪声,合理选择测试阈值,仿真结果表明:汽车油耗声时测试精度可达到12 ns。综合考虑油耗测试的影响因素,采取修正措施,可优化汽车油耗测试的数学计算模型,提高汽车油耗测试精度,为研发汽车超声波油耗测试仪器奠定理论基础。

连续波多普勒引信单频连续波辐照效应规律分析

为研究单频连续波对连续波引信装置的辐照效应规律,在200 V/m场强范围内,对加电工作状态典型引信装置开展了单频连续波辐照效应试验。通过对比分析,提出了普适的单频连续波辐照下连续波多普勒引信装置效应规律。试验结果表明:引信装置具有最佳能量耦合方向,该方向且与引信装置的具体结构有关;天线为单频连续波辐照下引信装置的主要能量耦合通道,弹体作为天线的一部分也会产生影响;引信装置存在敏感频点和敏感频段,在本振频率附近,引信装置临界干扰场强可达几V/m;不同引信装置抗单频连续波干扰的能力不同。

基于SV-DH声速测试仪研究液体的压缩系数

利用SV—DH声速测试仪测量超声波在不同液体介质中传播纵波的传播速度,进一步测量出这些液体压缩系数。测量结果与标准值相比,利用该方法测量液体压缩系数具有原理简单、相对误差较小的特点。为测定液体的压缩系数提供了一种新方法。