建筑构件隔声量智能实验室测量系统的应用研究

针对传统建筑构件隔声量实验室测量方法,研制了基于物联网技术的隔声量智能实验室测量系统。通过引入无线测量方案,减少测量设备的使用,开发智能移动终端测量控制软件,满足建筑构件隔声量自动精准测量的要求,使得隔声测量更加智能和便利。实验测量结果表明:测量设备和测量系统满足JJF 1789—2020《隔声测量室校准规范》和GB/T 19889.3—2005《声学建筑和建筑构件隔声测量第3部分》的要求,可以实现建筑构件隔声量的精准快速测量,提高测量效率约1倍,通过不确定度分析得出隔声量的最佳不确定度为1.0 dB。

深海会聚区声场多途时延差分析及声源距离估计

深海会聚区声道由于传播损失低因而具有传播距离远的优势,对实现近海面目标远程探测具有十分重要的意义。本文基于虚源理论,推导了深海会聚区的多途到达时延结构,给出了会聚区内不同声线路径的时延差曲线随接收深度变化的近似表达式;通过分析时延差曲线与声源水平距离之间的关系,提出了一种利用多途时延差估计深海会聚区近海面声源距离的方法;仿真实验验证了该方法原理的正确性,南中国海实验结果表明:当收发距离在42-52 km时,会聚区爆炸声源距离估计结果同实际爆炸距离吻合较好,估计误差为0.6%-6.1%,验证了该方法的有效性。

空气中声源激发的浅海水下声场传播实验研究

为了了解空气中声源激发的水下声场传播特性,对此开展实验研究。2010年在南海北部海域进行了一次空气中声源激发水下声场实验,在水下成功地接收到远至4km处大功率扬声器在空中发射的脉冲声信号。本文通过分析实验数据,研究空气中声源激发的浅海水下声场传播特点。针对接收阵拾取的声传播信号信噪比低的特点,综合利用脉冲压缩以及波束形成方法提高接收信号的信噪比,得到收发距离1～4km、频率200～1000Hz范围内的传播损失实验值。在理论上,采用波数积分方法进行了声场数据模拟,结果表明理论计算的传播损失与实验结果较为一致。

超声聚焦探头在固体中辐射声场的动态光弹测量方法

超声聚焦探头在声场聚焦区域具有很高的检测灵敏度和分辨力,是工业超声检测中常用的探头。聚焦探头在固体中的聚焦特性直接影响检测效果,其传统测量方法通过水中聚焦参数间接换算而来,结果存在一定的误差。动态光弹法可以直接观测透明固体中的探头辐射声场,具有直观、无反射体或水听器的浸入影响、全场观测等特征。进一步采用圆偏振光并结合Senarmont补偿法,可精确测量透明固体中探头辐射声场的绝对应力分布,给出聚焦探头在固体中的聚焦参数,包括焦距、焦柱长度和焦斑宽度。实验测量结果与有限元仿真计算及小球反射法测量结果吻合较好,表明了动态光弹法定量测量聚焦探头辐射声场的可行性。

起伏海面散射引起浅海声传播损失的统计特性与快速声场预报方法

基于海洋环境信息、起伏海面的小斜率近似和简正波模型,研究了浅海环境中不同季节起伏海面散射引起的声传播损失的统计特性,给出了海面散射声传播损失-风速拟合公式以及一种快速声场预报方法,可据此快速评估水下长期工作设备的工作性能。仿真结果表明,对于全年运行的水声设备,当传播距离超过10 km时,须考虑起伏海面散射对声传播的影响。起伏海面散射对声场的影响冬季大于夏季,在夏季负跃层环境中起伏海面散射对下发上收声场的影响大于下发下收声场。

典型深海声场频率-距离干涉结构分析及实验研究

基于射线理论分析了在典型深海情况下声源与接收水听器位于海水表层时声场频率-距离干涉结构,给出了直达声作用区与影区情况下声场频率-距离干涉结构的近似理论表达式。数值仿真与实验结果表明:在直达声作用区内,由直达声与海面一次反射声形成声场干涉结构,频率域干涉周期为该两条声线到达时间差的倒数;在影区内,由声源-海底-接收器、声源-海面-海底-接收器、声源-海底-海面-接收器和声源-海面-海底-海面-接收器四条声线形成声场干涉结构,声强随着频率具有两种干涉周期,分别随着声源深度、接收水听器深度的增大而减小,并与收发距离有关。本文给出的理论表达式可以较好的解释实验观测到的声场频率-距离干涉结构。

相位感知的水下平台背景宽带噪声干扰抑制

针对水下航行器等平台存在宽带背景噪声干扰导致目标检测能力下降问题,提出一种适用于多通道水听器阵列的深度学习宽带背景噪声干扰抑制方法。该方法通过含干扰信号的多通道频域特征级联保留了相位信息,使用深度复数神经网络建立了一个估计纯净目标信号频谱特征的学习模型实现干扰抑制,再利用常规波束形成方法实现目标检测与跟踪。仿真结果表明,在信干比为-15 dB,-20 dB,-25 dB的双目标信号条件下,所提干扰抑制方法可以有效减少近场干扰影响,提高了常规波束形成的检测能力。湖试结果表明,该方法能够自适应地实现平台宽带背景噪声干扰抑制,有效提升目标检测和跟踪性能。

遗传算法优化变分模态分解提取舰船辐射噪声特征线谱方法

特征线谱提取是舰船目标识别的一个重要研究环节,常采用传统的DEMON谱分析方法,处理过程中,一般对舰船噪声时域信号未予抑噪,低信噪比情况下,传统DEMON谱分析性能差。对此,提出一种采用遗传算法优化变分模态分解方法,用于分解舰船噪声原时域信号,获得抑制噪声后的舰船噪声重构信号,进而有效提取了舰船目标噪声幅度调制特征线谱。该方法首先采用遗传算法优化变分模态分解的两个关键输入参数(分解所取模态个数和惩罚因子),对变分模态分解得到的各阶固有模态分量加以判别,去除噪声主导分量,保留信号主导分量,使重构舰船噪声信号显著抑制了干扰噪声,然后对降噪后的重构信号进行频谱分析,获得目标噪声调制特征线谱。理论分析、仿真和实验数据处理结果表明,相比传统DEMON谱分析法,基于遗传算法优化变分模态分解的舰船噪声特征线谱提取方法具有更好的噪声抑制能力,所获取的舰船噪声幅度调制特征线谱信噪比明显高于传统DEMON方法,具有一定优势,前景良好。

非均匀饱含黏性流体孔隙介质中声波传播及井孔声场分析

声波在饱含流体孔隙介质中的传播特性与流体的黏滞性及孔隙介质的非均匀性密切相关.本文在Biot理论基础上,考虑了孔隙流体的剪切应力及孔隙结构的非均匀性,采用含黏性流体孔隙介质中的波动理论,研究了孔隙介质中四种体波的频散和衰减特性,分析了慢横波对快纵波转换散射的影响,进一步推导了孔隙地层井孔中的模式波及其声场的解析解,研究了非均匀孔隙介质中井孔模式波和波列的特征.研究结果表明,含黏性流体孔隙介质中存在慢横波,慢横波的频散很强,其传播特征受到介质孔隙度、渗透率及孔隙流体黏度的影响.在非均匀孔隙介质中,与慢横波相关的剪切应力平衡过程不仅导致快纵波的频散和衰减,还会影响井孔伪瑞利波及斯通利波的传播特征.本文的工作完善了孔隙介质中声波传播的物理机制,为孔隙地层井孔声波的解释与应用提供了理论指导.

空气中声源激发浅海水下声场传播特性的实验研究

为了获得空气中远距离声源激发水下声场的精细结构,2013年3月,声场声信息国家重点实验室在南海海域进行了一次空气中声源激发水下声场的实验。采用汽笛作为空气声源,海底放置水听器作为接收,在实验过程中,发射船由距离水听器2.4 km处行驶至9.8 km。本文对该次实验数据进行分析,获得了收发距离远达9.8 km、频率分别为128 Hz和256 Hz的声传播损失曲线,该曲线随传播距离变化存在清晰的震荡结构.利用波数积分方法计算实验环境下的水下声场理论值,并对获得的声场传播特性进行了较好的物理解释。

三维声传播模型BELLHOP3D的信息传递接口并行优化

近些年,我国对海洋不断深入的探索对复杂环境中声场的快速预报提出了越来越高的需求。BELLHOP3D是一种基于射线法的三维声传播计算模型,在海洋声学中应用十分广泛。BELLHOP3D的计算效率比其他常用模型高,但是仍然有非常大的提升空间。该文使用信息传递接口对BELLHOP3D进行粗粒度的并行优化,并行后的程序计算结果稳定可靠,并行效率高,更适合在实际应用中实现快速的声场预报。并行BELLHOP3D程序可以在https://github.com/nj-zyq/BELLHOP3D_MPI.git下载。

超声共振谱法岩石弹性参数测量研究进展

岩石弹性参数的准确测量对于地下资源的可靠评价和勘探开发具有重要意义。超声共振谱法基于共振频率与岩石弹性性质相关的原理,较传统方法如超声脉冲穿透法、应力应变法等,具有可重复测量、测量精度高、一次测量可获得全部弹性参数的优点,并且可用于不规则样品的测量,因此在岩石弹性参数测量方面拥有广阔的应用前景。该文主要综述了20世纪60年代以来超声共振谱方法的测量、正演方法和反演方法的发展历程,并分析了样品制备、测量方式和计算方法等因素对测量结果的影响,最后对近些年来该方法在测量方法、正演方法、反演方法、非线性测量及极端环境下的测量等方面的进展进行了总结及展望,对未来应重点关注的方向给出了建议,以期对于常规岩石以及页岩和海底矿物等非常规岩石的弹性参数测量方法的发展提供帮助。

脉冲干扰下基于变分贝叶斯推断的水声正交频分复用联合估计方法

脉冲干扰环境下水声正交频分复用通信性能严重下降,为此提出了基于变分贝叶斯推断的信道估计方法。该方法利用水声信道和脉冲干扰的稀疏特性,基于平均场变分贝叶斯推断,将信道向量和脉冲干扰向量的后验概率分布分别分解为简单概率分布进行拟合,基于导频子载波迭代直至收敛,得到信道和脉冲干扰的最大后验估计。所提方法改进了基于稀疏贝叶斯学习的干扰、信道联合估计方法中信道和干扰构成的联合向量无法分离二者稀疏度的问题,并且显著降低了计算复杂度。在此基础上,进一步提出了基于变分贝叶斯推断的干扰、信道和符号联合估计方法,将未知符号融入变分贝叶斯推断框架,与干扰和信道一起迭代,最终得到更精确的符号估计。仿真和试验结果验证了所提算法的有效性,与现有方法相比,本文所提方法具有更低的误码率和复杂度。

快速收敛的低复杂度稀疏水声信道估计方法

针对水声信道的稀疏特性,该文基于集员L1范数约束比例调节仿射投影算法,在不增加稳态误差的前提下,首先采用一种鲁棒集员滤波思想,通过设定动态误差门限加速算法收敛速度;另外针对其矩阵计算复杂度高问题,利用历史的比例调节矩阵优化信道更新方程,使得某些过程矩阵可通过递归方法更新,从矩阵运算角度降低了计算复杂度。湖试和海试数据处理结果表明,面对弱时变和强时变信道时,此方法相对已有稀疏水声信道估计方法略微降低稳态误差的同时具有更快的收敛速度,并从矩阵运算和迭代次数两个方面降低了计算复杂度。

南海大陆坡海底对海洋环境噪声的影响

通过位于大陆坡上和深海处的两站点相同深度噪声实验数据,分析了大陆坡海域不同海底环境对海洋环境噪声的影响,并利用三维射线模型计算了不同海底条件下的噪声谱级和垂直指向性,进而研究了海底环境对环境噪声场的影响规律,数值仿真的噪声谱级和实验结果在绝对幅值和随频率变化趋势方面均符合较好。实验和仿真结果表明,由于大陆坡上坡方向的浅海环境不利于航船噪声远距离传播,因此大陆坡上站点的低频(300 Hz以下)噪声谱级较深海处更低;由于大陆坡海底底质较硬,海面高频风生噪声除了直达接收器外还可经海底反射后到达,因此大陆坡上站点的高频(1 kHz以上)噪声谱级较深海处高且随频率下降缓慢,导致大陆坡上和深海处的环境噪声谱级曲线随着频率增加会存在交叉现象。

套管井固井质量声学检测技术现状与展望

套管井的固井质量检测在保护油气层和环境保护等方面具有重要的意义。在固井质量评价方法中,声波测井技术作为现代测井方法之一,因其对介质声阻抗大小、水泥环内部缺失及层间粘接状况敏感等优点被广泛应用。井孔声场理论是声波测井技术的基础,本文阐述了单层以及多层套管井的声场理论研究现状;介绍了几种国内外传统的声波测井技术,概括了不同技术的原理及特点。同时介绍了人工智能方法在固井质量检测中的应用,强调了多种机器学习方法在处理测井资料提供更大的函数空间,以及帮助测井专业人员以非线性方式从高维空间发掘知识等方面的优势。从5个方面展望了声波测井技术未来可能的发展趋势,为固井质量检测提供进一步的发展建议。

MEMS压电矢量水听器低噪声前置放大电路

等效自噪声是微机电系统(MEMS)压电矢量水听器重要的性能指标,前置放大电路的噪声是其主要来源之一。为降低MEMS压电矢量水听器的自噪声,设计了一种低噪声前置放大电路。采用双JFET并联电路结构,辅以合适的偏置电路,对不同噪声源进行理论分析,优化电路参数,最终实现了噪声性能较优的低噪声前置放大电路的设计与制备。测试结果表明,在MEMS压电矢量水听器的工作频带内,低噪声前置放大电路信号放大无失真,电压增益为43.8d B,等效输入噪声电压谱密度为0.7nV√Hz@1 kHz其噪声性能较国内外同类型的放大电路具有一定优势。

基于测深侧扫声呐的DOA估计算法研究

针对测深侧扫声呐进行波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计时会受到阵元幅度、相位误差及低信噪比影响的问题,提出一种改进的波束域加权子空间拟合算法。首先,采用总体最小二乘-旋转不变子空间算法进行回波方向预估计;其次,将连续线阵划分为多个子阵,并将各个子阵在预估计方向做加权波束形成;再次,采用加权子空间拟合(Weighted Subspace Fitting,WSF)算法构造代价函数;最后,采用阻尼牛顿法求解得到高精度的DOA估计结果。仿真结果表明,文中所提算法在阵元出现幅度相位误差条件下的角度估计均方误差相对于WSF算法减少了约0.03°。海试数据分析结果表明,文中所提算法的测深点均方误差整体优于WSF算法,其相对测深精度提高了约9.8个百分点。以上分析结果表明,文中所提算法整体优于WSF算法,可以实现在阵元幅度相位误差及低信噪比情况下的高精度DOA估计。

样品尺寸对脉冲穿透法声速测量误差的影响

岩心的声速测量能够提供关键的储层地质信息,对储层评价和地质模型构建具有实际应用价值。脉冲穿透法是一种常用的声速测量方法,但它要求样品尺寸远大于波长(约10倍)。当特殊场景如需在测井信号主频8~20 kHz下测量样品声速时,被测样品长达数米,不仅制备困难,还存在声波信号衰减大的问题。关于试样尺寸能否缩小或能缩小到什么程度的定量研究很少见到公开报道。该文将数值模拟和实验测量相结合,系统定量地研究了圆柱状样品长度及直径与波长之间的比值对脉冲穿透法声速测量精度的影响。研究表明:为确保脉冲穿透法声速测量的准确性,建议样品沿传播方向上的长度不低于4倍声波波长,横向尺寸不低于2倍波长。研究结果突破了传统脉冲穿透法要求样品尺寸远大于波长的限制,为优化声速测量方法和提高测量精度提供了理论支持。

脉动气泡在黏性介质中的声发射

在气泡辐射声问题中一直被使用的气泡声发射公式并未考虑介质的黏性在声波传播过程中产生的影响.本文结合气泡的边界条件,对黏性介质中的声波方程进行求解,给出黏性介质中经过修正的气泡的声发射公式,进行气泡动力学方程求解和有限元仿真等数值计算后发现,在考虑介质的黏性时,本文提出的黏性介质中气泡声发射公式所计算出的声压小于经典气泡声发射公式计算出的声压,并且随着介质黏度、超声频率以及传播距离的增加,二者之间的误差逐渐增大.