一种非接触测量边界振动的方法及应用

摘要

本发明公开了一种非接触测量边界振动的方法及应用，首先在三维空间内建立直角坐标系，并在被测物体周围布置2N个声压传感器，确定其几何坐标矢量；利用数据采集卡对2N个声压传感器的信号进行同步采样，通过各个声压传感器测量得到时域声压，经傅里叶变换得到频域复声压；基于各声压传感器位置的频域复声压、计算机虚拟离散得到的结构单元及声学边界元的数值积分程序计算得到各离散单元表面的振动复速度和复声压；通过结构表面振动复速度和复声压计算得到结构表面的声强值，识别得到声源的位置和强度。

主权项

1.一种非接触测量边界振动的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)在被测物体周围布置2N个声压传感器，各声压传感器连接一个数据采集卡，数据采集卡连接至计算机；在三维空间内建立直角坐标系，确定各声压传感器的几何坐标矢量x_n，其中，n=1,2,...2N，N≥2；(2)基于数据采集卡同步采样得到2N个声压传感器采集的时域离散声压p(x_n，k△t)，k＝1，2，...K，其中K表示采样次数，△t表示采样时间间隔；(3)对时域离散声压p(x_n，k△t)采用快速傅里叶变换，得到对应的频域复声压P(x_n，k△f)，其中表示频率分辨率；(4)将被测物体边界虚拟离散为N个三角形或四边形单元，分别确定各单元的面积S_m，m=1,2,...N和单元中心的坐标矢量y_m及法向矢量n(y_m)，将上述参数和步骤(3)得到的2N个声压传感器的频域复声压值代入到下式：$P(x_n,\mathrm{k\Delta f})=-\underset{m=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\int }_{S_j}\frac{\partial G(x_n,y_m,\mathrm{k\Delta f})}{\partial n\left(y_m\right)}P(y_m,\mathrm{k\Delta f})d{S}_m\left(y_m\right)$(1)$-2\mathrm{\pi j}\underset{m=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\int }_{S_m}\mathrm{k\Delta f\rho }{V}_n(y_m,\mathrm{k\Delta f})G(x_n,y_m,\mathrm{k\Delta f}){\mathrm{dS}}_m\left(y_m\right)$其中G(x_n，y_m，k△f)表示频域Green函数，其具体表达式为$G(x_n,y_m,\mathrm{k\Delta f})=\frac{e^{j2\mathrm{\pi k\Delta f}|x_n-y_m|/c_0}}{4\pi |x_n-y_m|}---\left(2\right)$基于上述步骤构造一个2N×K维方程组，求解方程组得到被测物体边界上N个单元表面振动的复速度V_n(y_m，k△f)和复声压P(y_m，k△f)；(5)将求解结果回代到式(1)求解得到被测物体表面N个单元分别对2N个声压传感器辐射的复声压P_m(x_n，k△f)；(6)类似于步骤(4)，对被测物体边界上N个单元中的每一个单元再次虚拟离散细分为N个更小单元；采用式(1)继续求解更小单元振动的复速度和复声压；重复上述操作，直到求解得到被测物体边界上满足尺寸要求的单元振动复速度和复声压；(7)根据已求得的被测物体表面各满足尺寸要求的单元振动复速度，代入到式(3)和式(4)中分别求出该单元的振动加速度和位移：a_n(y_m，k△f)＝j2π·k△f·V_n(y_m，k△f)    (3)$D_n(y_m,\mathrm{k\Delta f})=\frac{V_n(y_m,\mathrm{k\Delta f})}{j2\pi ·\mathrm{k\Delta f}}---\left(4\right)$