均勻流動(dòng)媒質(zhì)中近場(chǎng)聲全息技術(shù)方法研究.pdf

1、近場(chǎng)聲全息(NAH)技術(shù)是一種功能強(qiáng)大的聲源識(shí)別、定位以及三維聲場(chǎng)可視化的先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)測(cè)量聲源近場(chǎng)的聲學(xué)量，如聲壓或質(zhì)點(diǎn)振速，來(lái)獲得聲源表面和整個(gè)三維聲場(chǎng)的聲學(xué)信息，在機(jī)械故障診斷、產(chǎn)品低噪聲設(shè)計(jì)和噪聲控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種NAH技術(shù)，但這些技術(shù)主要都是適用于聲源與媒質(zhì)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況，在此稱這類技術(shù)為靜態(tài)媒質(zhì)中NAH技術(shù)。對(duì)于很多聲源與媒質(zhì)之間存在相互運(yùn)動(dòng)的情況，靜態(tài)媒質(zhì)中N

2、AH技術(shù)不再適用，在這一背景下，流動(dòng)媒質(zhì)中NAH技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。然而，作為發(fā)展不久的新興研究方向，目前已提出的流動(dòng)媒質(zhì)中NAH技術(shù)都只適用于平面型聲源，且都是頻域方法，也大都局限于媒質(zhì)流動(dòng)方向與全息面相平行的情況，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。本文在深入分析流動(dòng)媒質(zhì)中NAH技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)該技術(shù)存在的問(wèn)題做出了相關(guān)的研究工作。針對(duì)媒質(zhì)流動(dòng)方向與全息面垂直時(shí)基于空間Fourier變換的流動(dòng)媒質(zhì)中NAH只適用于低馬赫數(shù)的問(wèn)題，將其拓展到高馬赫數(shù)

3、條件下;針對(duì)以質(zhì)點(diǎn)振速作為輸入時(shí)基于空間Fourier變換的流動(dòng)媒質(zhì)中NAH存在奇異性的問(wèn)題，提出了一種在時(shí)間上采用Laplace變換的改進(jìn)型方法，有效地避免了奇異性。針對(duì)非平面型聲源，提出了基于等效源法的流動(dòng)媒質(zhì)中NAH技術(shù)，拓展了流動(dòng)媒質(zhì)中NAH技術(shù)的幾何適應(yīng)性。針對(duì)大尺寸聲源，提出了基于聲場(chǎng)外推的流動(dòng)媒質(zhì)中局部NAH技術(shù)，且建立了兩種不同的聲場(chǎng)外推方法，實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)媒質(zhì)中局部聲場(chǎng)的精確重建。針對(duì)非穩(wěn)態(tài)聲源，提出了流動(dòng)媒質(zhì)中實(shí)時(shí)NAH

4、技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)媒質(zhì)中聲場(chǎng)的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)與重建;此外，提出了時(shí)域波數(shù)域有限差分法計(jì)算數(shù)值脈沖響應(yīng)，用以改善脈沖響應(yīng)性能。本文的主要工作內(nèi)容如下:
　　第一章從多個(gè)方面回顧了NAH技術(shù)的誕生、發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，詳細(xì)論述了流動(dòng)媒質(zhì)中NAH技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析探討了目前仍存在的問(wèn)題和不足，并在此基礎(chǔ)上確立了本文的研究?jī)?nèi)容。
　　第二章首先系統(tǒng)地分析和闡述了基于空間Fourier變換的NAH技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)媒質(zhì)流動(dòng)方向與全息面垂

5、直的情形，將該技術(shù)拓展到高馬赫數(shù)條件下;其次研究了以質(zhì)點(diǎn)振速作為輸入時(shí)該技術(shù)的性能，分析存在的奇異性問(wèn)題，并提出了在時(shí)間上采用Laplace變換的方法，從理論上對(duì)基于空間Fourier變換的NAH技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了該技術(shù)的重建精度和穩(wěn)健性。
　　第三章推導(dǎo)了流動(dòng)媒質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振速與等效源源強(qiáng)之間的傳遞函數(shù)，提出了基于等效源法的流動(dòng)媒質(zhì)中NAH技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了聲壓和質(zhì)點(diǎn)振速兩種輸入方式下流動(dòng)媒質(zhì)中非平面型聲源的聲場(chǎng)重建。通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證

6、了該技術(shù)在不同頻率、不同流速和不同信噪比下的有效性和穩(wěn)定性。
　　第四章提出了基于聲場(chǎng)外推的流動(dòng)媒質(zhì)中局部NAH技術(shù)，并給出了兩種不同的聲場(chǎng)外推方法，用以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)媒質(zhì)中大尺寸聲源局部聲場(chǎng)的精確重建。從理論和數(shù)值仿真兩個(gè)方面分析了對(duì)流效應(yīng)給局部NAH技術(shù)帶來(lái)的影響，并通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了所提出的技術(shù)在不同頻率處的有效性和穩(wěn)定性。
　　第五章推導(dǎo)了媒質(zhì)流動(dòng)方向與全息面相平行和相垂直時(shí)的解析脈沖響應(yīng)函數(shù)，提出了流動(dòng)媒質(zhì)中實(shí)時(shí)NAH技