学术前沿 | 通过风管内的声学黑洞进行声压放大

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-06-03 21:46

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在许多领域，管道内测量的机械违约的声学检测是实际的，例如对通风系统中的涡轮机进行健康评估或地面和空气运输部门的发动机测试。然而，在这种环境中观察到的低信噪比（SNR）阻碍了这种方法的发展。本研究提出利用声波黑洞（SBH）导管消声器的慢声效应来增强对低信噪比的冲击脉冲声信号的感知。从传输矩阵和有限元模型中发现，具有穿孔皮肤界面的完全打开的SBH消声器能够在引导气流时大幅提高入射脉冲振幅。我们证明，在满足阻抗匹配、慢声和临界耦合条件的情况下，SBH腔的分级深度提供了凹脉冲频率分量的彩虹谱分解和放大。导管内实验表明，在低速流动存在的情况下，3D打印SBH消声器能够同时增强声学传感，并完全捕获SBH腔中的脉冲谱成分。本研究为在不妨碍管道系统中使用气流的情况下进行声学监测和噪声控制的双用途消音器的设计开辟了新的途径

本研究利用理论、数值和实验方法评估了开放外SBH型晶体的传感性能。结果发现，大腔宽打开的O-SBH传感器能够达到15 dB信噪比，这仍然低于闭合SBH所能达到的18 dB信噪比。与C-SBH不同的是，外部SBH传感器的优点是，如果被MPP皮肤屏蔽，同时提供高达12 dB的信噪比。测量表明，MPP-SBH在低速流量（0.09马赫）的情况下可以达到11.3 dB的信噪比，而没有呼啸的风险。mpp还将传感器的效率范围扩展到更低的频率。

然而，考虑到相对于无流情况下更高的背景噪声水平，在有流条件下的故障检测通常需要高信噪比约束。优化MPP参数和/或配合腔体线圈是提高流动条件下MPP - SBH信噪比的潜在途径。此外，基于MEMS麦克风阵列的多通道检测系统安装在背面。然而，考虑到相对于无流情况下更高的背景噪声水平，在有流条件下进行故障检测通常需要高信噪比约束。优化MPP参数和/或配合腔体线圈是提高流动条件下MPP - SBH信噪比的潜在途径。此外，还设计了一个基于MEMS麦克风阵列的多通道检测系统

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