基于MEMS聲矢量傳感器的管道巡檢裝置地面標(biāo)記研究.pdf

1、隨著管道技術(shù)的迅速發(fā)展，管道巡檢裝置的地面標(biāo)記技術(shù)呈迅猛發(fā)展的趨勢(shì)。基于聲學(xué)原理的管道巡檢裝置地面標(biāo)記技術(shù)已成為現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。尋找合適的聲學(xué)傳感器是這項(xiàng)技術(shù)的核心。MEMS聲矢量傳感器是中北大學(xué)自主研制的新型矢量傳感器，具有矢量性、體積小、靈敏度高、穩(wěn)定性能好、成本低等優(yōu)點(diǎn)?；谝陨媳尘?，創(chuàng)新性的提出將MEMS聲矢量傳感器應(yīng)用于管道巡檢裝置的地面標(biāo)記中。對(duì)于MEMS聲矢量傳感器而言，這是一項(xiàng)從海洋到陸地的突破。
　　圍繞這

2、個(gè)課題，首先研究了聲信號(hào)在土壤環(huán)境中的傳播機(jī)理。根據(jù)Biot理論，推導(dǎo)出聲波在土壤環(huán)境中傳播的形式，定性的分析了各種聲波形式的特點(diǎn)。最終推導(dǎo)出聲波中的快縱波是土壤中傳播的主要形式。然后分析了管道巡檢裝置在管道中運(yùn)行時(shí)發(fā)出的聲音信號(hào)特征。
　　在上述分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)聲信號(hào)的特殊特征及土壤環(huán)境的特殊性，對(duì)MEMS聲矢量傳感器做了相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)：1.設(shè)計(jì)橘瓣式結(jié)構(gòu)提高其靈敏度；2.長圓柱型結(jié)構(gòu)增加傳感器與土壤的耦合性。
　　進(jìn)一

3、步的，對(duì)單聲矢量傳感器進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。仿真分析了單聲矢量傳感器良好的定向能力，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用波束形成法驗(yàn)證其對(duì)土壤中聲信號(hào)的良好定向性能，平均誤差限于5°之內(nèi)。
　　在單聲矢量傳感器的實(shí)驗(yàn)分析基礎(chǔ)上，對(duì)矢量陣的多源分辨能力及波達(dá)角方向的分辨能力進(jìn)行了仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先，理論分析計(jì)算了矢量陣的布陣形式及具體參數(shù)。進(jìn)而對(duì)其指向性、多源分辨能力及波達(dá)角方向的分辨能力進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真并分析了其影響因素。最終進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。初步驗(yàn)證