[發明專利]一種消除旋轉聲源多普勒效應的方法

在審

• 申請號: 201910979496.4
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110567577A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 張永斌;李銀龍;張小正;畢傳興
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01M13/00
• 代理公司: 34101 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種消除旋轉聲源多普勒效應的方法，其特征是：在旋轉聲源輻射聲場中設置測量面，利用傳聲器測量獲得測量面中各測點含有多普勒效應的聲壓信號；分別建立靜止柱坐標系和隨聲源以相同角速度旋轉的旋轉柱坐標系；建立各測點在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下坐標之間的相對關系；根據測量聲壓在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下相等的先驗條件，結合坐標相對關系計算獲得含有多普勒效應的聲壓角譜與不含多普勒效應的聲壓角譜之間的對應關系，進而獲得各測點不含多普勒效應的聲壓，消除多普勒效應；本發明方法能高效、高精度地消除旋轉聲源多普勒效應。

技術領域

本發明涉及物理專業中噪聲類領域多普勒效應消除方法，更具體地說是一種消除旋轉聲源多普勒效應的方法。

背景技術

在實際工程應用中，噪聲分析能夠作為機械產品運行狀態監測的重要手段。但是假如零部件處于旋轉運動狀態，對其工作狀態進行監測的準確度會大大降低，導致該現象的主要原因是被監測的機械零部件和傳聲器之間存在相對運動引起的多普勒效應，多普勒效應會對采集到的聲信號造成頻散現象，最終得到的零部件故障分析結果也不可靠。因此消除多普勒效應對于旋轉機械部件的狀態監測有著重要意義。目前用于消除旋轉聲源導致的多普勒效應的方法主要有頻域和時域兩種。頻域方法是通過對靜止的環形傳聲器陣列所測得的聲壓頻譜在周向上進行旋轉模態分解，計算得到虛擬旋轉傳聲器處的聲壓頻譜，由于虛擬旋轉傳聲器和聲源處于相對靜止狀態，所以其聲壓頻譜中不包含多普勒效應，使用該方法能夠較為準確地消除多普勒效應，但是當用于寬頻噪聲處理時，需要對每個頻率進行操作，因此導致計算效率低；時域方法主要是插值法，讓傳聲器虛擬地和聲源同步旋轉，之后判斷每一時刻下虛擬傳聲器位置，借助于附近的靜止傳聲器測得的聲壓，插值得到虛擬傳聲器的聲壓，即不含多普勒效應的聲壓結果，但是該方法的精度與傳聲器的數量密切相關，需要在環形陣列上布置密集的傳聲器，否則得到的結果十分不理想。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種高效、高精度的消除旋轉聲源多普勒效應的方法。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

本發明消除旋轉聲源多普勒效應的方法的特點是：在旋轉聲源輻射聲場中設置測量面，利用傳聲器測量獲得測量面中各測點含有多普勒效應的聲壓信號；在空間中建立靜止柱坐標系和隨聲源以相同角速度旋轉的旋轉柱坐標系；根據靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系之間的相對運動關系，建立各測點在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下坐標之間的相對關系；根據測量聲壓在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下相等的先驗條件，并結合坐標的相對關系計算出含有多普勒效應的聲壓角譜與不含多普勒效應的聲壓角譜之間的對應關系；根據聲壓角譜之間的對應關系以及各測點含有多普勒效應的聲壓，計算獲得各測點不含多普勒效應的聲壓，從而消除多普勒效應。

本發明旋轉聲源多普勒效應消除方法的特點是按如下步驟進行：

步驟a、在旋轉聲源輻射聲場中設置由N個均勻分布且靜止不動的傳聲器構成的環形測量陣列，所述環形測量陣列所在平面為測量面，所述測量面與聲源旋轉平面平行，且測量面中心與聲源旋轉中心的連線垂直于聲源旋轉平面，利用傳聲器測量獲得t時刻旋轉聲源所輻射的聲壓信號，其為含有多普勒效應的聲壓信號；

步驟b、在空間中分別建立靜止柱坐標系和以旋轉角速度Ω與聲源同步旋轉的旋轉柱坐標系所述靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系的原點均為環形測量陣列的中心點，靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系的z軸方向為環形測量陣列的軸線方向，靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系在測量的初始時刻，即t＝0的時刻，是重合的；

步驟c、將環形測量陣列中第n個傳聲器在靜止柱坐標系下的坐標表示為將環形測量陣列中第n個傳聲器在旋轉柱坐標系下的坐標表示為根據靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系之間的相對運動關系，獲得所述第n個傳聲器在靜止柱坐標系和旋轉柱坐標系下坐標之間的相對關系如式(1)：

步驟d、按如下方式表征各聲壓信號：