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基于阵列波束形成技术的压缩机噪声测量与控制

作　者: 侯铁锋
导　师: 陈长征
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 波束形成声源成像麦克风阵列降噪治理
分类号: TB535
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在非接触式机械故障诊断及室内噪声控制领域，空间声场成像意义重大。而基于麦克风阵列的波束形成方法是当前较为稳定可靠的噪声源识别成像技术，其主要依据阵列面上不同位置的麦克风接收到的声波信号相位差，人为加以特定扫描补偿，以达到对被测目标声源空间方位以及能量强度进行重建识别的目的。依照生成的空间场强云图进而对机械设备特性加以分析。文章以分布式阵源测量技术引出波束形成声源成像方法，对波束在平面波与球面波两种声场背景下的聚焦形成原理进行论述，通过数学推演与仿真对比，对制约成像分辨率以及截止频率的空间采样率，阵元间隔，阵元数目，阵列张角以及测量距离等参数进行研究，得出了优良识别效果所应具备的优化阵元参数。在一维阵列的基础上设计了八组平面麦克风阵列，应用不同的评价指标，证明了非规则旋转车轮阵的成像优势所在。为解决频带受限以及分辨率不足所引起的虚像问题，又分析设计出三维立体空间阵，经对比验证，该阵列性能表现稳定可靠，在同等麦克风数目下，进一步改善了近场声源成像效果。为更好的应用于实际噪声控制工程中，对基于波束形成互功率谱改进算法进行了研究，实验验证，该算法不但能够聚焦主瓣，削减旁瓣，还有突出的滤除工业背景噪声干扰的能力。为满足声学诊断的要求，采用波束频域变化算法，在复杂多声源情况下，对不同频率，不同幅值的声源又进行了分离提取。依托中石油吉林石化公司乙二醇压缩机房的噪声治理项目，应用波束形成方法，在以往相位补偿的基础上又加入幅值补偿校准处理，经与手持式声级计对比测试，证明了该校准处理的真实可行性。通过对车间噪声源进行分析识别，采用对压缩机房各个位置安装隔声罩，阻尼隔声板，声屏障，空间吸声体的方案，达到降噪治理的预期目标。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1 机械噪声源成像的目的及意义  9-10
  1.2 声学诊断的基本流程  10-11
  1.3 室内噪声控制  11-12
    1.3.1 吸声结构  11-12
    1.3.2 隔声结构  12
  1.4 分布式阵源信号处理技术  12-13
  1.5 声源成像的主要方法  13-14
  1.6 波束形成的国内外研究现状  14-15
  1.7 本文研究内容与章节安排  15-17
第二章线性阵聚焦波束形成原理  17-35
  2.1 引言  17
  2.2 平面波补偿聚焦原理  17-25
  2.3 球面波有限聚焦原理  25-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章平面阵波束形成研究  35-58
  3.1 引言  35
  3.2 补偿聚焦原理  35-47
    3.2.1 成像分辨率  41-44
    3.2.2 阵列旁瓣噪声级  44-45
    3.2.3 最小信号采集间隙  45-46
    3.2.4 平面阵的频带宽度  46-47
  3.3 阵元补偿优化  47-48
    3.3.1 幅值补偿校准  47
    3.3.2 加权自适应系数  47-48
  3.4 优化平面阵效果对比  48-52
  3.5 消自谱互功率谱滤波  52-57
  3.6 本章小结  57-58
第四章立体结构阵波束形成研究  58-67
  4.1 引言  58
  4.2 立体结构的近场指向  58-61
  4.3 筒状阵列体  61-62
  4.4 圆锥阵列体  62-64
  4.5 半球阵列体  64-66
  4.6 本章小结  66-67
第五章工程现场实验分析  67-82
  5.1 引言  67-68
  5.2 乙二醇厂压缩机房噪声测试  68-73
  5.3 压缩机房声源分析  73-75
    5.3.1 机房声源来源分析  73-74
    5.3.2 机房室内声场分析  74-75
  5.4 压缩机房噪声控制方案  75-81
    5.4.1 压缩机隔声罩设计  75-77
    5.4.2 电机声屏障设计  77-79
    5.4.3 空间吸声体设计  79-80
    5.4.4 楼梯，吊装口声学改造  80-81
  5.5 本章小结  81-82
第六章结论  82-83
参考文献  83-86
在学研究成果  86-87
致谢  87

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