基于四元传声器阵列的声源全方位定位算法

为了准确定位声源所在空间位置,解决声源方位计算产生盲区问题,在分析方位估计算法基础上,建立四元传声器阵列模型,将各阵元间的相对位置关系转化为三维坐标,提出了一种声源全方位定位算法。将声源所在位置划分为4种情况进行研究,利用声源传播到各阵元时延值,对声源所在方位进行反演,得到声源坐标和角度。对定位性能进行分析,实验结果表明,该算法能有效对声源进行定位,坐标和水平偏角误差率约为5%,仰角误差率约为10%,具有较好的定位效果。     

改进的自适应特征值分解声源定位算法研究

麦克风阵列室内声源定位,常用声达时间差定位技术.本文针对估计时延的自适应特征值分解算法收敛速度慢,时延估计精度较差,麦克风较多等问题,提出一种改进的自适应特征值分解时延估计算法,采用单源多元混响模型,将混响效应描述为室内冲激响应滤波器对信号的滤波过程,估计不同阵元的冲激响应抑制混响,根据冲激响应峰值计算时延.通过引入最小均方牛顿算法,加快了AED算法的收敛速度.给出了对声源进行三维定位的三麦克风阵列结构,实际测试结果表明,改进算法与三麦克风阵列的定位方法对声源的定位更加准确.     

飞机结构损伤声源定位算法分析

针对飞机强度试验中飞机结构损伤位置定位困难这一问题,采用基于时差(Time difference of Arrival,TDOA)的定位方法,比较了最小二乘法和最优化方法的定位效果,并对影响定位精度的因素进行了分析讨论,为工程应用提供理论依据。     

基于时间反转理论的结构损伤图像表征方法

结构损伤的监测、定位和辨识技术是结构健康监测研究中的一个热点,也是当前研究的难点之一.针对结构损伤监测及表征方法研究的不足,分析了时间反转聚焦和四点圆弧定位法原理,在此基础上对四点圆弧定位实现方法进行了改进和扩展,提出了基于时间反转方法的结构损伤图像表征方法,采用Lamb波主动健康监测技术在铝板结构试件上进行了实验验证研究.实验结果表明该方法能较为简单有效的表征损伤特征和范围,有助于结构健康监测的实用化.     

基于超声导波时间反转理论的板结构健康监测

研究将连续波的相位共轭法发展成为导波的时间反转法,从而克服超声导波在非均匀性介质中传播难以聚焦的情况。推导多个传感器理论上时间反转聚焦公式,建立试验系统,对时间反转法在板中传播进行试验验证,得出结论。时间反转法处理为复杂、分析难度大的信号提供了新的思路,在超声导波结构健康监测研究中可以取得比较理想的效果。     

基于TDOA的声源定位系统设计

目前,声源定位在机械故障诊断、电力状态检测及带压气体泄漏检测中应用比较广泛。考虑易实现和高精度两项指标,本文提出了一种基于到达时间差(Time Difference of Arrival, TDOA)算法的声源定位系统。基于TDOA算法获得4个声传感器之间的相对时间差,接收特定频率的声波信号,采用平面四元十字阵列建立的声传感器阵列实现位置解算,从而获得声源坐标。该系统综合应用锁相环路、51单片机和运算放大器等元器件,利用C51语言编写代码,实现了对于特定频率声源的定位。实践测试表明,该声源定位设备在空旷环境下较易实现低误差的声源定位,且具有较高的声源定位精度。     

基于TDOA多声源定位的虚假声源消除方法

基于到达时差(time difference of arrival,简称TDOA)的多声源定位方法难以将麦克风获得的TDOA值与真实声源进行有效的关联.针对此问题,提出了一种基于TDOA的多声源空间定位方法.利用互相关算法估计声源的TDOA值,并基于Chan算法求解多目标声源的空间位置.为消除虚假声源,将阵列麦克风分为...     

基于时间反转的玻璃钢复合板材声发射源定位方法

玻璃钢复合材料在许多工业领域得到了广泛应用,但是对于该复合材料的声发射动态监测还存在很多问题有待解决。针对玻璃钢复合材料的强各向异性特征,提出一种基于时间反转原理的虚拟加载聚焦增强技术,可应用于声发射源定位。首先按照时间反转原理,推导出虚拟加载过程中的信号聚焦增强技术的理论模型;然后在复合材料上布置传感器阵列,并在监测区域内不同位置进行声速测量,获得材料平均声速为2 432.32 m/s;最后将实验采集的模拟声发射源信号按照理论模型进行处理,计算监测区域内每一个像素点的振动幅值,重建波动幅值图,并以最大幅值处确定为声源位置,同时将波动图经过阈值处理后,可从图中直接看出声发射源的位置。实验结果证明,该方法相对现有声发射仪器,定位精度在4%以内,能够满足工程应用要求。     

管板布管的计算机算法

1 定义 为了数学推导的方便,对计算中要用到的名词术语作如下定义(参照图1和图2): 行——每一管程中和X轴平行的一排管子构成一个行,第1行是该管程最下面的一排管子,依次从下往上是第2行、第3…… S_h——行距,每一行管子中心线和相邻管子中心的距离 S_L——行中管距,每一行管子中相邻管子中心的距离 横排——正三角形布管时换热管中心距S在X轴方向上 竖排——正三角形布管时换热管中心距S     

基于波束形成的变压器声源定位技术研究

针对我国现有变电站主变压器噪声治理工程中缺乏相应声源定位与诊断方法的问题,基于波束形成技术自主研发了一套传声器阵列声源定位系统,并将其应用到110 k V主变压器声源定位中。通过分析其表面声压云图,确定了主变压器表面噪声辐射的主要区域,验证了其在变电站主变压器应用的可行性,为进一步研制适用于变电站的噪声识别系统提供了借鉴与参考。     

基于听觉特性和过零点间隔的多声源定位算法

针对目前声源定位技术的研究现状,研究了人耳听觉系统的生理学和心理学特性,建立了基于人耳听觉系统的多声源定位模型;通过研究信号部分频率成分间的过零点时间间隔与原信号保持一致的特性,提出了用上升过零点模拟听神经的发放行为,从而引入了根据两通道间过零点时间间隔统计特征确定两耳时延的算法,并给出了噪声对时延结果影响的判定方法;相比互相关算法,该算法的计算量较小而抗噪声能力更强,声源的增多不会明显降低定位效果;通过与常用的互相关时延算法对比,仿真实验验证了该算法在较低信噪比情况下,依然可以对多个声源取得较好的定位效果。     

钢板声发射时间反转聚焦增强定位方法

声发射检测方法具有实时动态监测优点,应用越来越广泛,但是对声源的定位始终没有更大的突破。在钢板声发射检测中,提出一种基于时间反转理论的声发射源准确定位的方法。由于声发射检测是一种被动检测技术,结合时间反转聚焦理论,推导出对声源信号实现时间反转聚焦增强处理方法,可增强检测信号中声源幅值,提高信噪比;然后根据声源信号到达时间推算出声源聚焦时刻,利用弹性波传播理论对传感器监测区域重建信号传播波动图,显示出声源位置和区域;最后通过实验测试对该方法进行验证,结果表明该方法能有效提高损伤声源信号的能量,对检测区域的信号重建和定位显示准确地给出损伤声源位置。     

基于压缩感知理论的运动声源识别方法研究

针对于传统的声源识别信号处理过程繁琐复杂问题,提出了一种将压缩感知理论运用到声源识别研究中的方法。根据运动声源的特性研究给出了运动声场的压缩和重建的最佳方法是离散傅里叶变换(DFT)时变信号稀疏化和特征基匹配追踪的方法。通过实验对比分析了运动声场重建的三种不同测试方法即声像仪声源识别、LMS阵列识别以及LMS采集数据进行压缩重构识别,验证了提出方法的可行性。为将来的高速、变速、多点声源的识别研究提供了指导意义。     

不同幅值激励的复合材料板时间反转损伤识别方法

复合材料结构受到冲击时会产生基体开裂、层脱等损伤,通常情况下损伤界面保持闭合接触。小幅值激励下应力波产生的应变极小,损伤界面仍处于闭合的线性状态,时间反转重构信号不能表明损伤的存在与否。针对该问题,采用不同幅值激励的时间反转方法进行损伤检测与识别,利用时间反转重构信号与激励信号的相关系数构造了损伤指数,开展了基于压电作动/传感阵列的复合材料板损伤识别与定位的实验研究。实验结果表明:小幅值激励下作动-传感的完整路径和损伤路径上的时间反转重构信号与原始激励信号相似程度均很高,不能表征结构中的损伤;而增大激励幅值至某一阈值后,损伤路径上的损伤指数明显增大,而完整路径上的损伤指数变化不明显;利用该方法准确地识别与定位了板中损伤。     

基于残差分析的挠度传感器故障时间定位算法

及时诊断出桥梁健康监测系统中传感器故障及确定传感器发生故障的精确时刻,可以有效地降低系统虚假报警率、保障系统正常运行。通过分析桥梁传感器故障演变过程,建立了数据标准化残差模型,在该模型基础上提出了一种基于数据标准化残差分析的故障时间定位算法,该算法以传感器采集数据的残差偏离量化值对故障进行判定,从而对传感器故障时间进行定位。以系统中常见的挠度传感器作为研究对象,针对工程中常见的常值故障、固定偏差、精度下降、漂移故障4种故障类型进行了仿真实验。实验结果表明,该方法对挠度传感器4种故障的时间定位精度有较大幅度的提高。     

压缩感知声源定位方法研究*

目前声源定位主要采用波束形成算法与麦克风阵列相结合的方法。常规波束形成(Conventional beamforming, CBF)方法存在以下缺陷：① 空间分辨率受限于瑞利限;② 动态响应范围受旁瓣的影响。高级波束形成算法则存在着计算时间过长、会出现负声源或假声源等缺陷。提出一种基于麦克风阵列与压缩感知正交匹配追踪(Orthogonal matching pursuit, OMP)算法的声源定位方法。在不同频率下通过数值仿真方法将压缩感知OMP算法与CBF算法及压缩感知基追踪(Basis pursuit, BP)算法的声源定位结果进行对比。结果表明：① 与CBF算法相比,压缩感知算法显著提高定位结果的分辨率;② 当声源频率为 1 000 Hz时,测量矩阵的等距约束性常数(Restricted isometry constant, RIC)远高于FOUCART边界限,不满足等距约束性条件(Restricted isometry property, RIP),压缩感知OMP算法仍能定位出主要声源的位置,而压缩感知BP算法无法对主要声源进行定位。通过数值仿真方法对不同信噪比(Signal to noise ratio, SNR)及不同声源间距下压缩感知OMP算法和CBF算法声源定位的结果进行对比。结果表明：① 当SNR为零时,压缩感知OMP算法能对主要的声源信号进行定位,而CBF算法无法对主要声源进行定位;② 在声源频率为5 000 Hz时,OMP算法的空间分辨率为0.074 m,突破了瑞利限约束。通过试验对所提出的声源定位方法的可行性进行验证。     

基于时间反转法的管道焊缝区缺陷检测研究

焊缝在整个管网系统中是比较薄弱的部分,在温度、压力、介质腐蚀和振动的影响下容易出现裂纹缺陷,对管道的安全运行产生危害,并且有的裂纹很小,通过超声导波不容易直接识别出来.对超声导波检测管道进行了研究,在分析了超声导波对焊缝小缺陷的检测后,提出了一种运用时间反转法基于L(0,2)模态超声导波进行数值模拟的方法,选择4％作为...     

基于时间反转聚焦的缺陷回波增益新方法

提出了一种新型的超声导波聚焦检测方法。针对现有方法不能有效检测小截面缺陷的问题,首先对横波传感器使用ANSYS软件进行了一系列有限元模拟仿真,根据理论和仿真结果确定了2 mm钢板中500 k Hz中心频率下,横波传感器的模态分布、指向性和能量分配的规律,绘制了传感器的归一化幅值模态分布图;然后克服多通道设备成本高、研发难的困难;最后利用单通道实现了对小截面缺陷进行增强检测的模拟和实验。结果表明,在模拟中与处理前的小截面端传感器接收到回波相比,处理后的归一化缺陷信号的幅值从0.14提升到0.50,在实验中从0.13提升到0.43。此方法为工程实践中的小截面缺陷的检测提供了一种新思路,也为优化导波检测技术提供了借鉴和参考。     

基于时间反转的单通道管道导波检测新方法

针对现有时间反转导波检测中的多通道时间反转信号激励的问题,通过对时间反转传感器位置与检测信号之间关系的研究,提出一种利用传感器位置差异补偿时间反转激励信号时间差的时间反转信号错时激励方法.在此基础上,通过合理安排各传感器的轴向位置,并采用L(0,2)模态激发缺陷被动波源,可实现单通道的时间反转导波检测,有望解决现有多通道的时间反转检测方法中的瓶颈问题.数值模拟的结果还表明,增加传感器个数和增大时间反转信号截取窗宽均可达到提高缺陷的检出能力的目的.     

基于弹性理论的功能梯度材料管板应力分析

功能梯度材料因其优良的热力学特性,在高温高压、大温差服役环境中的换热器管板制造过程中得到了广泛应用。目前,对功能梯度材料管板应力的求解都是基于弹性理论中的经典板理论求得。为此,利用物理中面概念,将材料的各向异性问题转化到经典板理论中,建立法兰连接且不兼做法兰的功能梯度材料管板的应力分布计算公式及管板危险点应力的求解公式,并采用ABAQUS对其进行压力载荷下的有限元分析,验证理论解的合理性。