摘要：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。

摘要：针对水声传感器网络中静态节点与移动节点不同路由设计需求,分析确定性路由和机会路由的特点,提出一种适用于水声传感器网络的混合路由协议(HRP-USN),将水声传感器网络区分为静态节点和移动节点开展设计。静态节点路由协议融合静态路由和动态路由优点,路由建立过程手动配置路由表,路由维护和重建过程采用联合MAC层反馈及聚焦转发控制的方式,兼顾自组织性和协议复杂性;移动节点采用机会路由,将数据以单跳方式发送到静态节点,自适应确定最优中继节点后按照已有路由传输到网关节点,利用水声信道广播特性,提升网络弱通信条件下数据包投递率。通过仿真分析,在不同节点移动速度和误码率条件下,HRP-USN数据包投递率明显优于其他传统路由协议,更加适合水声传感器网络。

摘要：针对有源探测或脉冲侦查中双曲调频信号的波达方向估计问题,提出了基于参数化时频变换(PTFT)的多重信号分类(MUSIC)测向算法,简称PTFT-MUSIC算法。该算法由发射信号确定针对双曲调频信号的参数化变换核,对接收信号进行频域参数化时频变换,利用获得的时频分布建立阵列信号时频分布模型,并以此模型设计基于时频分布矩阵的MUSIC算法以实现双曲调频信号的波达方向估计。通过仿真和实验对该算法的估计误差和多目标分辨性能进行了分析,仿真和海上实验结果表明:相比现有的时频MUSIC算法,PTFT-MUSIC算法能有效提高空间谱分辨率和波达方向估计性能,同时该算法拥有对特定调频信号筛选性,结合时频域滤波算法能有效抑制相干直达波干扰,应用于多基地声呐系统时有效提高了声呐定位性能。

摘要：首先从理论上分析了多项式结构宽带波束形成器的鲁棒性能。分别从传声器失配误差影响下阵列波束图扰动的统计分析以及白噪声增益分析两个方面揭示了影响多项式结构宽带波束形成器鲁棒性能的内在规律。发现当波束主瓣指向处于可调范围边缘时,与指向中心相比,多项式结构波束形成器的鲁棒性能变差。然后分析了影响多项式结构宽带波束形成器阵列指向性指数的主要因素,指出了多项式结构的截断误差会导致宽带波束形成器的主瓣指向出现偏差,进而造成阵列指向性指数性能下降。为了克服现有设计结构存在的缺陷,提出了一种具有波束主瓣指向自校正能力的改进设计结构。与现有设计结构不同,所提出的设计结构中的调向功能模块能够充分反映出波束期望指向和实际指向之间存在的非线性关系,避免了现有设计方法因采用线性调向功能模块而造成较大波束指向偏差的问题,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。

摘要：从理论上导出了传声器失配误差对适用于任意阵元数的一阶和二阶差分传声器圆阵的主瓣指向影响规律。揭示了传声器相位误差可造成一阶差分传声器圆阵主瓣指向产生反转现象,是影响其主瓣指向的主要因素。而对于二阶差分传声器圆阵,传声器相位误差和增益误差均可导致其主瓣指向产生反转现象和严重指向误差,进而造成阵列指向性因子严重下降,尤其在低频处失配误差的影响更为显著。然后给出了确保差分传声器圆阵主瓣指向正确时阵列设计参数所需满足的条件,并在此基础上进行了传声器失配误差的容差分析。分析结果表明,随着阵元数增多,失配误差的容差范围增大,差分传声器圆阵对传声器失配误差的敏感性相应降低。

摘要：为了提高压电微机电系统(MEMS)扬声器的声压级,该文提出了一种新型的扬声器振膜结构,该结构由4个相同的扇环驱动单元和中间圆形质量块组成,并在上表面覆有一层柔性材料,形成刚性-柔性耦合封闭振动膜。优化该结构中圆形质量块半径r_(2)和相邻扇环的相邻边夹角θ等参数。结果表明,当θ=50°,r_(2)=700μm时,声压级最大。在保证振膜面积相同和谐振频率基本一致的情况下,与优化后的固支圆形多层振膜相比,该文所提出的新型结构声压级高5 dB。

摘要：基于线性相干及相位调控机制设计制备了两类声学触发器,所设计的声学触发器由相控单元和多端口波导结构组成,其宽度与长度分别为0.32λ和0.82λ(λ为声波波长),具有亚波长结构特征.基于相控单元的相位调制及声波的线性相干机制,分别实现了T触发器和D触发器的声学逻辑功能,且相对带宽(工作带宽与工作频带的中心频率之比)分别可以达到0.23和0.22.实验测量与数值模拟的结果吻合很好.本文所提出的声触发器具有宽频带、亚波长尺寸及结构简单等特点,可为设计新型声触发器及声逻辑门提供理论方案与原理性器件.

摘要：水平剪切(SH)波电磁超声换能器(EMAT)具有非接触、无需耦合剂、对表面油污涂层不敏感、单点激励大范围检测等优点,在航空不锈钢薄板快速导波检测中具有重要的技术优势。首先建立了含缺陷的不锈钢薄板SH导波传播有限元模型,分析了不同设计参数EMAT对应缺陷的距离-波幅曲线(DAC),并对DAC进行实验验证。然后建立了不锈钢薄板中SH导波声场分析有限元模型,研究了周期性永磁体电磁超声换能器(PPM EMAT)中永磁体宽度、长度和对数对SH导波辐射声场特性的影响,得到了EMAT的轴线声压分布,并在此基础上获取了EMAT的最优设计参数组合。结果表明增大永磁体长度和对数都能提高EMAT轴线辐射声场强度,使EMAT在远距离检测具有较好的声压分布均匀性。当永磁体对数、长度、宽度分别为6对、25mm、7mm时,对应的EMAT具有较高的轴线辐射声场强度和较平稳的DAC,更适合对航空不锈钢薄板进行远距离快速导波检测。

摘要：拓扑声学属于声学和凝聚态物理学研究中的新兴研究领域,是研究声波在特殊拓扑结构中传播的学问.它是基于物质拓扑态的概念,在凝聚态物理学中发展起来的,后来扩展到包括声学和光子学等其他学科.人们可以利用某些声学介质的拓扑性质,设计声超常材料以实现声学操控.可以说,拓扑声学是声学与拓扑学交叉融合的结果,是近代声学前沿研究热点之一.多相孔隙介质声学是研究声波与由多种物质组成的孔隙介质相互作用和应用的学问.这些介质中的宏观声学参数会随着介质相或组分和孔隙中介质及孔隙结构的变化而变化.利用拓扑声学理论,可以实现孔隙介质中声波的定向传播和调控,优化设计新型压电材料,丰富和发展油气储层声学探测和监测理论和方法等.总之,拓扑声学和多相孔隙介质声学是目前备受关注的声学前沿问题.

摘要：在高温铸造/锻造过程中进行缺陷的检测、控制和修复以及厚度测量,并据此调整加工工艺参数,及时剔除缺陷/尺寸超标件,避免进入下一步工序,对提高产品合格率、实现环保制造,具有重要的工程应用价值。针对电磁超声换能器(Electromagnetic ultrasonic transducer,EMAT)在大提离、强环境电磁干扰、高温等严苛条件下对表面粗糙形貌、晶粒粗大的铸锻件进行快速检测时的信噪比和空间分辨率差这一难题,建立基于chirp信号激励的螺旋线圈EMAT检测过程的有限元模型,采用正交试验表,分析EMAT设计参数、chirp信号带宽、脉宽等因素对脉冲压缩后的回波主瓣峰值和主瓣宽度的影响,分别获取主瓣峰值主瓣宽度最佳参数组合,并通过试验加以验证。设计耐高温EMAT探头,比较单一正弦脉冲激励信号和chirp脉冲压缩在650℃以上高温锻件检测的信噪比和主瓣宽度。结果表明,采用chirp脉冲压缩技术,高温EMAT检测的信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR)、空间分辨率和检测效率更高。在720℃高温锻件、提离为3 mm且无同步平均条件下,与单一正弦脉冲激励相比,采用脉冲压缩技术,SNR提高了至少5.4 dB,主瓣宽度减小了58.8%。