软包装液体体积测量技术

目的实现软包装内液体体积的快速、非侵入测量。方法在研究亥姆霍茨共振器原理的基础上,分析共振腔体积改变对声学系统的影响;采用Virtual Lab软件对所设计的测试系统进行仿真计算,求取传递损失最大值频率与被测液体体积的关系;搭建软包装液体体积声学测试系统,采用Labview软件对管道入口、出口处的声音信号进行采集;采用声波分解法对信号进行分析,得到声学系统的传递损失。结果测试结果表明,软包装内液体体积由25增大至200 m L时(即共振腔腔体体积减小),测试系统传递损失的峰值所对应的频率由256上升至278 Hz。实验结果与仿真结果具有相同的趋势;系统的灵敏度为7.4 m L/Hz。结论所设计的基于亥姆霍茨共振器理论的声学测试装置可以实现对软包装液体体积的测量。     

高静水压下换能器阻抗特性的测量方法研究

针对在小腔体中阻抗分析仪发射连续波无法准确测得换能器阻抗的问题,提出一种在高静水压下使用脉冲正弦信号激励换能器测量阻抗的方法。以采样电阻法为基础,根据腔体尺寸确定发射脉冲个数以及可测频率范围来有效避免腔体边界反射对测量造成的影响。通过设置不同的发射频率,分别采集换能器两端及采样电阻两端的电压波形信号,利用已知频率的三参数正弦曲线拟合法分别得到波形信号的幅值和初始相位角,计算得到换能器的导纳值。改变静水压力,利用脉冲法测得0~10 MPa静水压下换能器导纳特性。实验结果表明,采用脉冲正弦信号激励的方法可在有限空间内准确测量换能器的阻抗特性;且随着静水压力的升高换能器的谐振频率发生偏移,导纳圆直径减小。     

空气中双称量法砝码体积测量方法的研究

利用被测砝码和参考砝码在2种不同密度的空气介质中比较称量时,砝码间的质量差与空气密度差成线性变化这一特性,通过最小二乘法拟合质量差随空气密度差变化的曲线,提出了空气中双称量法砝码体积测量方法。基于空气中双称量法砝码体积测量数学模型和测量装置工作原理,分析影响测量结果的3个主要因素:2次测量的大气压变化范围,砝码表面解吸作用和质量比较仪计量特性。以10g~1kg OIML不锈钢砝码为例,将该方法测得的体积与液体静力比较法的测量结果比对,En值评定结果小于1。     

声学法砝码体积测量系统的研究

利用声学原理,设计了一套声学法砝码体积测量系统,以满足高精度砝码体积的测量需求。实际测量实验中,通过系统对10～100g的砝码进行了体积测量,测量结果同液体静力法相比,相对误差低于8.3×10^-4;系统的相对扩展不确定度小于4.3×10^-4。     

基于遗传算法的涡街信号随机共振检测方法

涡街流量计在工业现场工作时,输出信号易叠加噪声,尤其在小流量测量时,涡街信号易被现场噪声淹没,导致测量受限。针对涡街信号处理,提出一种基于遗传算法的双调制随机共振方法。该方法对输入信号进行频率和幅值双调制后进入非线性双稳系统,以系统输出信号的信噪比为适应度函数,通过二进制编码,将调制频率和幅值组合成一个二进制字符串,同时对两个参数进行并行寻优,得到最优解,使系统产生随机共振,增强涡街信号。搭建涡街流量计实验装置,实验结果表明,使用遗传算法可以有效搜索出调制频率和幅值最优解,搜索效率高,解决现有多参数寻优的困难,适用于涡街信号特别是小流量信号处理,能准确获取涡街频率,实现流量测量。     

双稳系统随机共振效应的数值分析

以绝热近似随机共振理论为基础,分析了双稳系统随机共振模型,研究系统参数、噪声强度、信号幅值和频率变化对双稳系统随机共振效应的影响。通过分析得出,输入信号和系统参数一定时,系统发生随机共振所需要的噪声存在一个最佳强度;信号幅值的增大有利于随机共振效应的产生;信号频率的增大将使输出功率谱信号频率处谱峰逐渐离开噪声能量集中的低频区,且谱峰幅度逐渐减小,随机共振效应逐渐弱化消失。针对信号幅值、频率、噪声强度超出绝热近似理论的小参数要求而成为大参数,对变尺度方法实现大参数信号的随机共振进行分析和评述。     

声强探头到试件表面距离对隔声测量值的影响

在混响室+半消声室组成的隔声室内测量构件隔声量时,当其它条件不变,仅改变声强探头到试件表面距离,研究声强探头到试件表面距离对声强法隔声测量值的影响。采用经验公式进行理论计算,并利用声学仿真软件行声学仿真分析计算,将计算结果与测量结果进行对比分析,验证了在隔声室内进行的声强法隔声测量的准确性,并总结了声强探头到试件表面距离对声强法隔声测量值的影响规律。     

基于波动理论的聚波器几何参数设计

在管道内外压差一定的情况下,气体通过管道泄漏孔发出一定频率的超声波,超声信号随着距离的增加声压幅值衰减严重,为了解决这一问题,可以通过在接收传感器前增加聚波器的办法来实现.根据传播声场的特性,设计结构合理的聚波器,能够有效地增强接收信号的强度.本文以超声波在介质中传播的波动方程为理论基础,对聚波器的形状、长度、截面积等参数进行了研究.通过设置不同边界条件,对聚波器内声压幅值的变化情况进行仿真分析,进而确定聚波器最佳的长度、锥度等参数.利用COMSOL软件进行了声学仿真实验,结果表明:锥形聚波器和指数形聚波器均具有增强声压幅值的功能,并且长度为12 cm,锥度为10°的锥形聚波器对声压振幅影响最大.     

新型双向流量计磁导率和几何参数对流量输出电压信号的影响

新型双向流量计外部磁线圈输出电压信号波形不平滑、杂波扰动明显的问题与部件磁导率、几何参数等密切相关,为了改善外部磁线圈输出电压信号质量及优化设计参数,首先对流量传感器的结构进行理论分析,得到了外部磁线圈输出电压信号的解析式,然后建立了二维Ansoft Maxwell仿真模型,对导磁体小球、永磁体、磁线圈、测量管、中轴等部件的磁导率和几何参数对线圈输出感应信号的影响进行仿真.结果表明,永磁体体积越大、导磁体小球的半径和磁导率越大、中轴的半径和磁导率越大,外部磁线圈输出感生电压信号幅值越大;测量管壁厚度和磁导率越大、永磁体与导磁性小球距离越大,外部磁线圈输出感生电压信号幅值越小.增加测量管壁的厚度对抑制基波扰动信号幅值、平滑输出波形具有较明显的作用.     

圆度测量中基于相关性分析的信号周期计算方法北大核心CSCD

论述了用单测头进行现场圆度测量时,应对圆周封闭性问题的解决方法。利用傅里叶变换分析测量信号的频域特性,得到信号的各频率分量,通过滤波的方式消除噪声影响、漂移影响。提出一种基于相关性分析的方法,准确获得测量信号周期。通过MATLAB进行仿真分析,验证了该方法的正确性和可靠性。通过改变测量信号的频率和幅值,即改变圆度测量时的转速和偏心量,得到周期计算误差随信号频率和幅值变化的关系。结果表明周期计算误差随频率的增大而减小,即频率越高,用该方法得到的周期越接近于信号的实际周期;但当频率一定时周期计算误差值不随幅值改变而产生显著变化。     

中高频段下的粘弹性材料声学参数测量

为了实现粘弹性材料在高频段上的声学参数测量,提出一种自由场测量方法,通过测量目标的水下散射声场指向性,计算目标散射场声压的前几阶勒让德系数,建立以目标的材料声学参数为变量的数学模型,并运用遗传算法进行参数反演.仿真结果表明以铝球的杨氏模量(E)为例,不存在声场误差的情况下反演精度可达0.0014%,铝球散射场的实验数据也提供了较高的参数反演精度.将此方法应用于中高频段上某种成分的粘弹性材料参数测量,成功地获取了其在此频段上的声学参数.提高目标散射场的测量精度有利于目标材料反演精度的提高.此方法避免了对声压相位的测量,减少了影响精度的因素.     

基于声学法测温的声波飞渡时间研究

声波飞渡时间的准确测量是声学法测温中影响温度场测温准确性的主要因素。采用互相关分析法计算单一频率声波信号及宽带频率声波信号的声波飞渡时间,仿真结果表明宽带频率信号由于具有较强的抗噪能力在计算声波飞渡时间时不受声波信号周期、信号延时时间等因素的限制,可用于工程实践。同时采用频率为40kHz的正弦波超声波探测器在均匀温场条件下对超声波信号的衰减程度进行试验研究,试验结果表明40kHz的正弦波超声信号在不经过放大处理条件下,其可测温场的距离仅为160mm。     

动圈式扬声器低频驱动下稳态温度场数值分析研究

为了预测动圈式扬声器的稳态温度场,提出了一种数值分析方法。通过有限元法实现对低频信号驱动下动圈式扬声器稳态温度场数值模型的求解,可得到扬声器中任意点的温度值。同时设计了温度测量系统,通过测量该扬声器磁路系统中某些特殊点的温度值来验证数值分析的结果。实验结果表明数值分析结果与测量结果基本一致。     

Galton型高强气流声源的发声特性

文章介绍了一款带中心杆的Galton型气流声源,通过试验和数值模拟方法,研究了该声源发声特性、进气压力对声场分布的影响以及流体介质对发声特性的影响.研究发现,该声源稳定发声时,共鸣腔内压力场与流场均呈周期性变化;不同进气压力下,声场空间分布基本一致,具有较强的声指向性.共鸣腔后侧轴线处,声压级达到最大值,为153 dB...     

声速法温度场重建接收信号幅值影响分析

为研究声速法接收信号幅值的变化对温度场重建的影响,基于声学测温法开展了热校准风洞模拟试验,成功模拟了航空发动机燃烧室出口的温度场重建。首先从接收到的信号数据中提取特征,建立特征矩阵,用以反馈信号幅值的变化;然后,基于采集到的信号数据,通过最小二乘法进行温度场重建;最后,通过比对不同特征矩阵下温度场重建的实际效果,分析声速法采集的信号幅值的变化对温度场重建的影响。通过试验验证可知：接收信号幅值越大,重建温度场的均方根误差越大,当幅值大于理论值40%时,均方根误差大于理论值14.38%;接收信号幅值越小,重建温度场的最大相对误差越大,当幅值小于理论值40%时,最大相对误差大于理论值44.3762 K。本文的研究对推动声学测温技术在航空发动机燃烧室出口温度场测试领域的发展起到促进作用,具有重要技术借鉴价值。     

动圈式扬声器数值分析方法

为了全面和准确地预估扬声器的声学特性,提出了一种动圈式扬声器数值分析的完整方法。该方法包括磁路分析、振动分析和声场分析三个方面,基于有限元和边界元法实现对数值模型的求解。以某型号动圈式扬声器为例,详细介绍了三方面的数值分析网格模型、方法、原理、技术难点和结果,同时利用Klippel R&D测量系统和B&K Pulse系统等设备进行了精确测量,将数值分析结果与实际测量结果进行比较分析。实验结果表明,分析得到的力因子Bl值、共振频率、振幅响应以及频率响应曲线等都与实际测量结果基本吻合。     

Sinusoidal nonlinearity in wavelength-sweeping interferometry

We report the influence of the nonlinearities in the wavelength-sweeping speed on the resulting interferometric signals in an absolute distance interferometer. The sweeping signal is launched in the reference and target interferometers from an external cavity laser source. The experimental results demonstrate a good resolution in spite of the presence of nonlinearities in the wavelength sweep. These nonlinearities can be modeled by a sum of sinusoids. A simulation is then implemented to analyze the influence of their parameters. It shows that a sinusoidal nonlinearity is robust enough to give a good final measurement uncertainty through a Fourier transform technique. It can be concluded that an optimal value of frequency and amplitude exists in the case of a sinusoidal nonlinearity.     

基于近场声全息的重建算法分析与研究

针对声全息算法种类繁多及应用场合不同需求,通过有限元仿真和数值仿真相结合,对基于傅里叶变换、统计最优和等效源3种算法进行分析,寻找声源频率、重建距离、采样间距及正则化方法对重建精度的影响,并对其计算效率进行对比。在开阔水域进行实验验证。结果表明:随着声源频率增大,重建距离增加,采样点数减少,声全息算法的重建精度逐渐降低。在低频区域,结合L-曲线正则化法的统计最优近场声全息具有最佳的声场重建效果;基于等效源法的声全息重建精度最高,但容易产生虚像;基于傅里叶变换的声全息算法受重建距离影响严重,但重建速度优异,且声源定位准确。     

圆柱形声学共鸣腔特征长度的精密计量

声学共鸣腔特征长度是声学法测量玻尔兹曼常数的一个重要参数,其测量不确定度的量值直接影响着玻尔兹曼常数k的不确定度大小。介绍了研制的高精度圆柱形声学共鸣腔特征长度测量系统,阐述了其中的关键技术,实现了对测量结果进行环境参数的实时修正。测试数据表明,该测量系统对圆柱形声学共鸣腔特征长度的测量不确定度为0.60μm,3次测量标准差为0.20μm。     

Improved direct torque control of induction motor with dither injection

In this paper, a three-level inverter-fed induction motor drive operating under Direct Torque Control (DTC) is presented. A triangular wave is used as dither signal of minute amplitude (for torque hysteresis band and flux hysteresis band respectively) in the error block. This method minimizes flux and torque ripple in a three-level inverter fed induction motor drive while the dynamic performance is not affected. The optimal value of dither frequency and magnitude is found out under free running condition. The proposed technique reduces torque ripple by 60% (peak to peak) compared to the case without dither injection, results in low acoustic noise and increases the switching frequency of the inverter. A laboratory prototype of the drive system has been developed and the simulation and experimental results are reported.