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。

实测时变深海声速剖面对声线到达结构影响的分析

在对水下目标进行探测时,往往需要先对目标所在海域的声场进行测量,从而极大地提高了探测目标的成本。该文探讨了同一地理位置处,使用公开声速数据和实测声速数据、不同时间段测量的实测声速数据场景下,声线到达结构的差异,从而揭示时变深海声速剖面变化对声波传播的影响,以期优化声学测量作业流程,降低实验成本。计算结果显示,当存在直达声线时,临近几日测量的声速剖面数据可满足声传播距离测量的要求,否则,需要对声速剖面重新测定。

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。

基于量子行为粒子群算法的舱室噪声监测点优化布置

针对舱室噪声在线监测及声场预报问题,本文提出了一种基于量子行为粒子群算法的舱室内部声监测点优化布置方法。根据研究频段范围确定所需声腔模态阶数,计算全部备选监测点位置处各阶声腔模态的声场分布,采用模态置信矩阵作为目标函数,基于量子行为粒子群算法对监测点位置进行优化,获得优化布置方案。从声腔模态采样的正交性及内外声场响应的角度与其他测点布置方案进行了性能比较。研究表明:本文方法优化得到的测点布置方案采集声腔模态信息更全面,可有效提升舱室内声场的重建精度和基于舱室内声场监测的水下辐射噪声预报精度。

基于伪随机序列的松散煤体声学测温方法及应用

长期以来,采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生,受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素,较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别。而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点,可实现采空区等隐蔽火源位置精准探测且极具发展前景。目前该技术在松散煤体温度测量领域尚处于基础研究和实验室研究阶段,仍需开展大量研究。基于伪随机序列的优越性能,将其引入作为声源信号,并根据声学测温原理和伪随机序列声源信号产生原理,搭建了松散煤体声波测温试验系统。系统主体部分包括声学测试系统、程序升温系统、隔音系统和煤样箱体,结合试验测试和仿真模拟方法,验证了系统的准确性。利用理论分析、Matlab仿真和试验测试相结合的方法,开展伪随机序列声源信号的失真特性研究,确定了该信号的最佳处理方法,成功将其应用于松散煤体测温中。结果表明:伪随机序列可以作为采空区、煤堆、煤仓等空间的松散煤体声学测温的声源信号,但需运用二次相关PHAT–β算法对伪随机序列声源信号发生频率区间(1000~3000 Hz)进行处理,使频带变窄,能量集中;运用伪随机序列声源信号测量声波在松散煤体中飞渡时间,发现不同距离下声波飞渡时间测量结果误差小于5%,并通过了对比验证;伪随机序列作为松散煤体的测温声源信号时,所反演温度与不同粒径的煤样温度之间的平均绝对误差为2.051℃,平均误差率5.293%,能够较为精准、可靠地反演煤温。

水下声速剖面构建方法研究进展

作为决定水声信号传播模式的重要因素之一,声速剖面反映了海水声速自海表至海底的变化,对其准确实时地构建水下信息系统的建设至关重要。面向水声探测领域,分析并总结了水下声速剖面构建方法的研究进展。根据支撑数据源的不同,主流的方法可以分为直接测量法、统计回归重构法以及声学反演法。在直接测量法方面,介绍了仪器直接测量法以及参数测量计算法;在统计回归重构法方面,总结了以经验正交函数回归为核心的重构框架以及结合神经网络的优化算法;在声学反演法方面,讨论了基于声场观测数据的匹配场处理及深度学习框架的性能。传统的直接测量法精度最高,但大范围应用的成本较高;统计回归重构法提高了便捷性,但依赖于数据库的数据质量;声学反演法尽管可解释性很强,但难以应用于声呐系统无法覆盖的区域。未来的水下声速剖面构建应着眼于智能化、精细化、实时化,可为复杂海洋背景下的信息系统建设提供满足多层次需求的声速剖面构建结果。

基于超弱光纤布拉格光栅的声速测量方法

利用超弱光纤布拉格光栅对振动的敏感特性,提出了一种基于分布式光纤声学传感的声速测量方法。通过测量声速传递过程中不同超弱光纤布拉格光栅传感器接收到声音信号的时差来计算声速。该方法可以测量不同温度下的声速,其测量值与理论值误差小于0.5%。为声速测量提供了新的方法。

超声波声速测量及悬浮传送装置设计

阐述基于单片机和外围电路的超声波声速测量及悬浮传送装置设计,该装置可以实现测量声速、悬浮平面、无接触传送的功能。

中国近海主要表层沉积物类型的原位声学特性

海底表层沉积物的声学特性对于海洋声传播和声探测有重要影响。不同类型的海底沉积物表现出不同的声学特性。针对海洋声学研究对海底声学特性参数快速获取的需求,本文利用近年来获得的100个站位的声学特性原位测量和沉积物样品测试数据,统计了中国近海8种典型沉积类型的声速、声衰减系数等声学特性和平均粒径、密度等物理性质。通过与已有测量数据和统计结果的对比显示,其与多种原位测量系统获得的数据有很好的一致性,但Hamilton统计的声速比、声衰减因子等参数则显著偏高。基于VGS理论的频散模型计算结果表明:Hamilton统计结果的偏高并非完全由其较高的测量频率引起。对于缺少直接测量数据的海域,本文的统计结果提供了一种基于沉积物类型进行海底声学特性初步估计的方案。

基于海底沉积物重力柱状取样器的新型原位声学一体化系统研制

本文介绍了一种基于海底沉积物重力柱状取样器的新型原位声学一体化系统,名为海底沉积物原位声学与取样一体化系统(Sediment Acoustics and Sampling Integrated System,SASIS),该系统可以为海底区域地声模型研究和海洋工程地质评价等提供重要数据和样品。SASIS水下结构主要包括声学测量单元和重力柱取样单元,其发射换能器、接收换能器与重力柱状取样器实现一体化集成。系统利用振动滑行纵波方式测量沉积物的声速和声衰减,声波主频为12 k Hz、28 kHz可选,采用1发4收测量模式,在原位声学测量时可同步采集同一深度位置的沉积物样品。依托自然资源部第二海洋研究所-上海交通大学联合基金2023年度共享航次,SASIS在浙江舟山附近东海海域成功地进行了5站试验,试验站位水深约12.0 m,SASIS系统高效地同步采集了原位测量数据和沉积物样品。本文对沉积物声速和声衰减进行了初步数据分析,与前人测量数据、样品实验室声学测量结果对比表明,SASIS系统的原位声学数据可靠且有效。

BWCPS声波在线温度场监测系统研究与应用

为解决火力发电厂锅炉内部烟气温度场在线监测问题,本文研究一种适用于锅炉炉膛内部烟气温度场在线监测的BWCPS声波测温装置。设计了气动声源发声装置、压电式声波传感器、前置放大器、过程控制单元和中央控制单元,介绍了BWCPS声波测温装置用于锅炉温度场测量的常用结构布局,最后以国神府谷电厂2#机组锅炉的应用为例,验证了BWCPS声波测温装置用于锅炉温度场在线监测的有效性和实用性。

Self-contained in situ sediment acoustic measurement system based on hydraulic driving penetration

A novel self-contained in situ sediment acoustic measurement system based on hydraulic driving penetration is proposed to solve the problem of large disturbances to sediments of the in situ equipments already in existence. By using a hydraulic driving device, the system drives four acoustic probes into sediments at an even speed, and this decreases disturbances to sediments introduced by the penetration of acoustic probes. By means of the special design of the central control unit, the system can work full-automatically and the data are stored self-containedly, and this avoids the requirement of real-time remote controlling from the ship. Its operating water depth, measuring depth and measuring frequency is 500m, 1.0m and 30kHz respectively. A set of in situ sound speeds and attenuation coefficients of sediments are obtained at 40 stations using the system. The results confirm that the data obtained by the in situ sediment acoustic system are accurate and credible.

飞机飞越噪声自由场声压级测试方法研究

在飞机飞越噪声地面试验中,噪声测量受地面对声波散射的较大影响。为修正地面对飞越噪声测量的影响,开展飞行试验对飞越噪声自由场声压级测试技术的研究。首先,进行地面对飞机飞越噪声传播的影响分析,推导获取自由场声压级的修正方法,仿真分析影响因素。随后,设计三类可消除地面影响获得自由场声压级的飞越噪声测试方案,应用于某大型运输类民机的飞越噪声测试飞行试验,分析测试方案的适用性。试验结果表明,地面对飞越噪声测量有不可忽略的影响,提出的噪声测量方案均能在一定的宽频带内取得自由场声压级,其中采用带有声学硬反射面的传声器布置方式,在中低频段的宽频带的自由场声压级修正量约为+6 dB,采用加高布置传声器的方式在中高频段的自由场声压级修正量约为+2.8 dB,据此可简便、可靠地得到飞越噪声的自由场声压级,而针对不同的试验条件,需采用与之相适应的测量方法。

联合扩散场激励与近场声全息重建的建筑构件隔声测量方法

提出了一种联合扩散场(DAF)激励与近场声全息(NAH)辐射声强重建的建筑构件空气声隔声测量方法。该方法首先通过DAF激励构件振动并获取入射声功率,然后利用NAH技术从辐射声压场中重建构件表面高空间分辨率的法向声强分布,最后根据声强分布来计算辐射声功率和定位辐射热区,从而实现构件隔声量和隔声缺陷测量。隔声室实验研究表明,在测试距离和采样间距均为0.04 m的条件下,该方法测量的隔声量与声压法的误差在100~5000 Hz频带小于3.3 dB,在250~3150 Hz频带小于1.3 dB,对圆孔(直径8 mm)和矩形缝(长80 mm、宽3 mm)的定位精度高达厘米级;同时,该方法在一定混响和背景噪声影响下的稳定性较强,接收室混响时间从1.0 s增至3.4 s(步长0.6 s)以及信噪比从10 dB降至0 dB(步长5 dB),隔声量测量误差分别在0.8 dB和0.3 dB以内,缺陷定位误差在0.037 m和0.035 m以内。所提方法有助于提高实验室中建筑构件隔声特性的测量能力,同时对接收室测试环境具有较强的鲁棒性。

并联石墨烯热声激励器的声场建模及实验研究

主动流动控制技术是提升航空航天飞行器气动特性的有效手段,其中激励器是这些控制技术的核心组件,如等离子体激励器、合成射流激励器以及振荡射流激励器等。本文提出了一种基于热声效应的并联石墨烯热声激励器,该激励器具有结构简单、输入功率低、控制频率宽以及结构适应性强等优点,能够适应飞行器各种复杂曲壁面安装环境和变飞行工况,具有良好的应用前景。具体而言,该热声激励器利用石墨烯材料比热容极低和热导率高的特性,通过焦耳加热原理向周围空气辐射周期性的声场以进行声激励控制。首先,通过热声理论对石墨烯热声激励器进行声场建模,建模中加入了组合声源叠加原理,优化了声波相位差和声场指向性计算方法;其次,改进了石墨热声烯激励器的电路连接方式,采用并联石墨烯薄膜有效提升了声场声压幅值;最后,搭建了石墨烯热声激励器的声压测试平台,验证并研究了并联石墨烯热声激励器的声场特征,分析了输入功率、频率、测试距离等因素的影响。

可视化声学实验内容的设计

通过搭建反射式V型纹影光路,实现了40 kHz超声波的可视化。利用该纹影光路设计了一系列关于声学内容的教学实验。这些内容可以直观、方便地对声学行波场的反射、衍射、准直以及一维、二维声学驻波场的力学效应进行演示探究,也可以对声场及声学器件的相关参数进行定量测量。这些实验结合了光学、声学、力学等学科内容,同时融入学科前沿应用,丰富了目前大学物理实验中传统声学实验的内容。

利用起伏界面改善非消声水池中的声功率测量

针对非消声水池的声学测量应用,提出了一种在界面起伏的非消声水池中测量水下声源辐射声功率的方法。基于数值方法分析了在非消声水池中利用起伏界面改善低频声源辐射声功率测量的可行性,进一步在一个尺寸为1.2 m×1.0 m×0.8 m的非消声水池中开展实验研究,测量了水声换能器的辐射声功率。实验表明,相对于界面静止的水池,利用造波装置生成随机起伏界面后,声场扩散性明显改善:(1)水池的Schroeder频率从10015 Hz降低到8370 Hz,辐射声功率的测量范围向低频扩展;(2)结合空间平均技术测得的频响曲线起伏程度减小,与自由场值更接近,辐射声功率的测量结果更为准确。所提方法有助于提高非消声水池中水下目标声学特性的测量能力。

火焰燃烧区域空气声速与温度关系的实验研究

为使声学方法能对火焰温度进行精确测量,实验研究了火焰燃烧区域中空气声速与温度的关系。首先对非火焰气体环境中的声速与温度进行测量,然后在此基础上对不同燃料燃烧的火焰区域进行声速测量实验,并结合热电偶测得火焰温度,进而得到火焰中空气声速与温度的关系。结果表明:在固定距离下,与室温空气环境相比,高温烟气环境会使声波的传播时间减小,火焰环境会使声波的传播时间变长;在非火焰区域,空气声速与温度的关系符合理想气体中声速与温度的关系;在火焰燃烧区域,空气声速与温度关系偏离理想气体的声速与温度方程,与按照理想气体计算的声速结果相比,实际声速测量值偏小;对于同种燃料的火焰,随着火焰温度升高会出现空气中的声速减小的现象。

基于定量分析的气固两相流声速模型综述

声波法是多相流测量的一种有效方法,可靠的声速模型是其中时差法等测量的理论基础。该文系统总结了国内外不同学者所建立的气固两相声速模型。为直观地呈现其差异、发展与局限,该文以颗粒相浓度的影响为例,采用模拟计算和实验测量相结合的方法对其中不同典型声速模型进行了定量分析与比较。结果表明,传统的拟均相介质模型声速随颗粒浓度变化,与在其基础上考虑声波特性的改进模型,以及分别基于相间耦合和颗粒散射的声速模型差异均较大,且显著偏离实验测量值。其主要源于传统的拟均相介质模型未考虑两相间相对运动的影响;而考虑相间相互作用的声速模型间虽有不同差异,但均与实验测量值较为接近,根据稀相区实验研究,所得声速值均较实验值偏小。

基于谱几何法的隔声测量室动力学建模

随着噪声控制标准的不断提升和装配式建筑的快速发展,提升平板结构的隔声性能并改进其测量技术有着重要意义。基于谱几何法(SpectralGeometryMethod,SGM)建立一种可用于虚拟声学测试的隔声测量室动力学模型,分别通过二维和三维傅里叶级数法得到板表面的位移和腔内声场,可确保声压与振速在任意位置的连续性。将声源腔和接收腔分别设置为混响室和消声室,并通过在拉格朗日方程中添加阻抗能量项实现任意阻抗边界。然后基于哈密顿原理充分考虑两声腔与板之间的耦合关系,得到系统的振动方程。通过与有限元模型的对比,验证了该方法的正确性、良好的数值稳定性与极高的计算效率。最后,分析弹性安装条件、接收腔厚度对于腔内声能及构件振动的影响,结果表明两者均可使板结构受到的声压激励产生变化,从而对结构的声传递产生影响。