本文首次發(fā)現和理論闡述了拋物面聲鏡對運動聲源信號具有無多普勒畸變增益采集的特性,并通過仿真和初步的實驗進行了驗證。拋物面聲鏡可以從信號采集端解決運動聲源聲信號中存在的多普勒畸變問題和強噪聲問題,可有效解決列車軸承道旁聲學故障診斷中存在的多普勒畸變和強噪聲問題,同時也有望運用于聲源定位、噪聲評估等涉及運動聲源聲音采集的領域。具體研究內容如下:（1）理論分析:首先,理論分析了多普勒畸變產生的原理,即多普勒效應是由移動聲源和接收器之間的時變距離引起的。其次,分析了影響多普勒畸變程度的因素。最后,詳細闡述了拋物面聲鏡對直線運動聲源的無畸變聲信號采集機理、信號增益采集機理以及指向性去噪機理。（2）仿真分析:首先,介紹了COMSOL Multiphysics軟件聲學模塊,并建立了“靜/動態(tài)聲源-聲鏡”仿真模型。然后,通過靜態(tài)和動態(tài)仿真對比分析、有聲鏡和無聲鏡情況仿真對比分析,驗證了聲源在150m/s速度范圍內勻速直線運動以及10m/s2勻加速直線運動時,拋物面聲鏡具備無畸變采集和信號增益采集特性。最后,給出了1000Hz至5000Hz的幅頻響應特性曲線。（3）實驗驗證:首先,通過靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗... 

【文章來源】：安徽大學安徽省 211工程院校

【文章頁數】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

列車脫軌事故現場

第一章緒論4時變角度信息實現無參化畸變矯正，但估計的角度仍舊存在誤差，甚至會在聲源距離麥克風較遠處出現角度估計的跳變現象。綜上，目前的研究主要集中在后端信號處理環(huán)節(jié)，在去噪、畸變矯正、聲源分離方面產生了較多的研究成果，但往往算法復雜、計算量大、抗噪能力有待提升、部分算法的參數仍然需要人工設置、魯棒性有待提升。1.4拋物面聲鏡研究現狀多年以來，拋物面聲鏡常被用作信號的接收器，例如工程上使用的拋物面天線，它被用來接收電磁波信號以提高信噪比，其典型應用如FAST射電望遠鏡[35]。圖1.2500m球反射面射電望遠鏡（FAST）Figure1.2500msphericalreflectorradiotelescope(FAST)在聲學領域，聲鏡本質上屬于一種曲面聲障板，而聲音在曲面上的聚焦一直是個謎，J.W.S.Rayleigh用了幾頁篇幅描述了這一現象，其中引用了倫敦圣保羅大教堂的耳語廊和西西里島錫拉丘茲的狄奧尼修斯之耳[36]，偉大的聲學先驅W.C.Sabine在聲學背景下對此結構也做了進一步的解釋[37]，然而這些解釋都只是出現在聲學文獻中，沒有任何定量分析。盡管人們早就知道曲面可以在特定條件下聚集聲音,但是這一事實背后的物理現象直到引入了幾何聲學才得到解釋，這種聲學使用的就是光束的反射原理。后來聲鏡逐漸出現在聲學領域的應用中，如公元2世紀，羅馬的Archigenes博士就提到了一個去噪的耳喇叭，目的是為了檢測聲源[38]。近年來，聲鏡還被用于高速列車和汽車的噪聲源分布測量[39-41]，特別是在航空聲學風洞中，聲鏡已成為汽車和飛機聲輻射探測的首選測量之一，尤其適合使用在噴流空氣聲學的風洞測試部分對外部氣動噪聲的測定。

安徽大學碩士學位論文5圖1.3(a)以拋物面反射鏡作為信號接收器的磁帶錄音機MaihakMMK1；(b)直徑約9米的聲鏡Figure1.3(a)TaperecorderMaihakMMK1withparabolicreflectorassignalreceiver;(b)acousticmirrorwithadiameterofabout9meters關于拋物面聲鏡在聲學領域中的實際應用始于1920年，它被用于軍事中對敵機聲源的定位。1950年，當第一臺電池供電的錄音機出現時，拋物面聲鏡被用于野生動物的聲音錄制[42]。近年來，拋物面聲鏡被廣泛應用于聲音采集、聲源檢測等領域，KentaNiwa等人設計了一種由96個麥克風和12個拋物面聲鏡組成的陣列來采集遠距離聲音信號[43-44]；Aumann等人設計了一種小型拋物面聲鏡用于采集蜂箱中蜜蜂的嗡嗡聲以監(jiān)測箱內蜜蜂狀態(tài)[45]。Fan等人針對醫(yī)療超聲成像的需求，研究了一種組裝式寬頻響應的三維拋物面聲鏡，并指出拋物面聲鏡的頻率響應與幾何參數之間存在密切關系[46]；Kovandi等人利用8個空間分布拋物面聲鏡來捕獲近場運動聲源，實現聲源運動軌跡跟蹤[47]。Ito等人利用拋物面聲鏡聚焦特性實現了對20KHz聲波的匯聚增強采集，結果表明拋物面聲鏡能從50W功率振源收集到15,000Pa強度的信號[48]。Chen等人利用拋物面聲鏡增強光聲信號，實現遠距離爆炸物安全檢測，在使用聲鏡之后將檢測距離從8英寸提升到8英尺[49]。Joshua等人使用拋物面聲鏡采集器增強化學物光聲信號，使用了聲鏡之后獲得了10dB以上的信噪比[50]。Tsai等人理論研究和仿真分析了平面聲波在拋物面聲鏡上的反射匯聚聲場，對焦點匯聚信號的聲學特性進行了研究[51]。Dai等人利用拋物面聲鏡提升Lamb波的高信噪比采集，大幅降低了環(huán)境噪聲的干擾[52]。國內方面，徐在國等人研究了拋物面聲鏡的開口面積和深度對聲波的頻率響應，用于提高拾音器的拾音距離[53]。何旭東?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]非平穩(wěn)運行時列車輪對軸承道旁聲學故障診斷方法研究[D]. 劉方.中國科學技術大學 2014
[2]基于道旁聲學信號的列車滾動軸承故障診斷技術研究[D]. 吳強.中國科學技術大學 2013



本文編號：3356130