数字化智能声速测量系统设计

针对传统的大学物理声速测量实验过程繁琐、测量误差大的不足,设计和制作了一种基于单片机开发的数字化智能声速测量实验系统,能够运用相位比较法精确测量声速数据。该测量系统以MSP430单片机为核心,对声速测量系统的软硬件进行设计,并针对干扰与误差进行去噪与优化处理。测量数据通过RS—485总线与Lab VIEW编写的上位机通信,生成测量结果报表。该测量仪用电子测控方式代替传统双踪示波器观察李萨如图的方式,测试结果表明:该装置操作灵活简单,稳定性好,测量精度远高于传统实验装置,有很好的应用前景。

混凝土截渗墙质量无损检测声波相控技术研究

通过数值模拟、室内动光弹试验、仪器设备组合改进与研制及现场试验,对混凝土截渗墙质量无损检测声波相控技术进行了较为深入的研究。声波相控法能使弹性波能量在某一方向上聚集和增强,并能有效地削减和压制面波及直达波的干扰,凸显反射信号,这些优点为数值模拟和动光弹试验所证实。声波相控技术作为一项检测截渗墙等隐蔽工程质量的检测新技术,具有较大的开发应用价值。

超声相控阵声束时空控制仿真研究

超声相控阵检测技术是工业无损检测领域新的发展方向,其中相控发射与相控接收过程在整个检测过程中是十分关键的环节,在此过程中通过控制声束偏转聚焦到检测的各个区域内,从而达到对整个检测区的扫描。在研究超声相控阵检测原理的基础上,建立了声束时空控制模型,仿真研究了声束偏转与聚焦过程。

超声针灸相控阵声场及控制模式研究

超声“针灸”是利用二维相控阵实现声能在皮下不同深度的聚焦,刺激特定穴位,从而模拟传统针灸手法的治疗技术。对设计的超声针灸相控阵在不同聚焦深度下的垂直聚焦声场和偏转声场进行仿真,并对焦域进行统计分析,明确了所设计的相控阵探头延时聚焦声场可以满足超声“针灸”的“针形”声场要求。基于声场仿真,还对超声“针灸”声场控制模式进行了仿真研究,研究结果表明:控制超声相控阵聚焦声场聚焦位置的上下移动以及偏转聚焦,可以模拟传统针灸的提、插以及进针角度的变化,为超声“针灸”进一步模拟传统针灸手法提供了理论依据。

基于LoRa技术的矿用顶底板测距传感器设计

针对传统煤矿顶底板测距手段存在无法实时监测、检测精度低、实用性差、通信易断线等问题,该文创新性设计了一种基于LoRa无线通信技术的顶底板测距传感器,以集成相位法测距原理的激光测距模块作为距离测量核心模块,显著提高了顶底板距离测量的检测精度和实时性。从电路设计、逻辑控制机制两方面详细介绍了电压转换、5位数码管显示、光控接收、激光测距模块接口、声光报警、LoRa模块接口六部分电路设计方案,以及传感器的软件执行逻辑流程。现场试验结果表明,该传感器检测精度高、煤矿顶底板测距实用性强、安装方便,满足设计需求。

海底渗漏气泡流量测量过程的模糊控制

为了使海底天然气渗漏气泡流量测量过程具有稳定性和较高的测量精度,需要对气泡-水两相流介质的声场强度进行控制。根据测量装置的静态和动态特性以及声波线性传播方程,建立了声场强度的控制模型,针对被控环节的输入输出关系设计了模糊控制器。之后在MATLAB Simulink里面建立仿真模型,并进行了仿真实验。仿真结果表明,经过模糊控制器的调节,介质的声场强度可以跟踪被测介质中的气泡状态变化,其输出值的波动小于5%。该模糊控制器可用于海底渗漏气泡流量测量仪器的控制电路,从而实现了声波声场强度的控制。

基于等声程聚焦算法的超声相控阵检测技术

超声相控阵技术通过对超声阵列换能器各阵元进行相位控制,能获得灵活可控的合成波束,进行动态聚焦、成像检测,能够提高检测灵敏度、分辨力和信噪比。在研究超声相控阵换能器声场的偏转和聚焦特性基础上,基于ASTM推荐试块与试验标准E 2491-06,设计了等声程聚焦模型,并给出了扇形偏转非聚焦以及扇形偏转等声程聚焦的检测成像结果。试验结果表明,等声程聚焦算法有效地检出了材料中的缺陷,具有很好的分辨率和信噪比,能够比较真实地反映材料内部缺陷的相对位置和大小。

应用指向性声源进行有源降噪的声场特性研究

使用无指向性次级声源对空间区域进行有源噪声控制会导致空间内声场不规律,在控制点处降噪的同时会造成控制区域外的其他区域噪声增大的不良影响。提出使用具有指向性的相控阵平面扬声器阵列代替传统无指向性扬声器,实现指定区域有源降噪并且减少对其他区域的影响。对一个区域进行有限元声场仿真,分别用单扬声器和扬声器阵列作为次级声源对0°、30°和45°方向上的指定区域进行噪声控制,控制前后对比表明,扬声器阵列的降噪量比单扬声器大,对其他区域的声压级影响更小;扬声器阵列能够在更大的空间内对指定区域进行噪声控制。在半自由场消声室内开展的有源噪声控制实验结果验证了声场仿真的结论,在0°、30°和45°方向上的指定区域处,对300 Hz、400 Hz和450 Hz单频噪声控制均获得25 dB以上的降噪量,同时控制点外其他区域噪声无明显变化。研究表明,采用相控指向性扬声器阵列作为次级声源可在更大范围内进行有源噪声控制,以满足时变和空变环境的降噪需求,实现跟随式空间降噪。