声波在粮食中传播时间及传播特性的测试研究

声波在粮食中传播时间及传播特性的测试研究

论文摘要

声学法温度场检测属于计算机层析成像的一种方法,这是一种使用外部投影数据来检测内部特征图像的重建技术,属于非接触检测方法中的一种。粮食的安全储存至关重要。但世界各国每年在存储过程中因为霉变、虫害造成的损失数目惊人。仓储粮食的过程中,霉变、虫害的发生都伴随着局部温度的升高。因此粮食温度监测是粮情监控的重要手段,目前国内外普遍采用接触式测温方式。若霉变、虫害不是恰好发生在监测点附近,只有当热点扩散到很大的区域才能被检查到。因此,研究非接触的仓储粮食温度声学法检测具有重要意义。本文以仓储粮食温度声学法检测为背景,进行声波在粮食中传播时间及传播特性的测试研究。本文首先阐述了声波传播速度与温度的函数关系,介绍了声波在粮食中的传播形式。建立了基于LabVIEW的声波传播时间测量系统,并详细地介绍了基于互相关法测量两个传声器间声波传播时间的方法。系统使用时不可避免地会受到各种噪声干扰。当两个传声器采集到的噪声相关性很弱时,互相关法获得的声波传播时间仍具有良好的准确性和稳定性。但当同一噪声源被两个传声器接收,即两个传声器采集到的噪声相关性很强时,直接互相关法得到的结果误差很大,甚至无法使用。针对此问题,本文提出一种FastICA与互相关结合的声波传播时间测量法。先利用FastICA算法进行声源信号与噪声信号的分离,再通过互相关和窗口筛选得到所需要的声波传播时间。利用传声器实际采集的声源信号和噪声信号,初步验证了所提方法在提高系统抗干扰能力上的可行性。传声器接收到的声波信号具有足够的能量是保证声波传播时间测量准确性的一个重要因素。声波在粮食中的衰减远大于在空气中的衰减,研究声波在粮食中的传播特性,对声源信号的设计具有实际意义。本文使用阻抗管传递函数法对几种粮食的吸声系数与隔声系数进行了测量研究,绘制了不同厚度、不同种类的粮食在64~6300Hz范围内的声学特性曲线。比较并且分析了粮食厚度、颗粒的大小及形状对吸声性能与隔声性能的影响,并且得出粮食是具有高吸声低隔声的声学特性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 课题国内外研究现状
  •     1.2.1 声学法温度场检测研究现状
  •     1.2.2 粮情监控研究现状
  •   1.3 本文研究内容及章节安排
  • 第2章 声学法测温原理
  •   2.1 声速与温度间的关系
  •   2.2 声波传播时间测量原理
  •   2.3 声波在粮食中的传播方式
  •   2.4 本章小结
  • 第3章 声波传播时间测量系统
  •   3.1 硬件组成系统
  •     3.1.1 传声器
  •     3.1.2 数据采集卡与接线盒
  •   3.2 软件组成部分
  •   3.3 本章小结
  • 第4章 FastICA算法及其在声波传播时间测量中的应用
  •   4.1 ICA算法原理
  •     4.1.1 ICA成立条件及不确定性
  •     4.1.2 数据中心化与白化
  •   4.2 FastICA算法
  •   4.3 FastICA与互相关结合的声波传播时间测量方法
  •   4.4 FastICA算法提高抗干扰能力的实验验证
  •   4.5 本章小结
  • 第5章 粮食中声传播特性研究
  •   5.1 传播特性研究意义
  •   5.2 声在粮食中传播特性测量方法概述
  •     5.2.1 吸声系数测量方法
  •     5.2.2 隔声系数测量方法
  •   5.3 声波在粮食中传播特性测量原理
  •     5.3.1 阻抗管吸声特性测量原理
  •     5.3.2 阻抗管隔声特性测量原理
  •   5.4 粮食声学特性测量系统
  •     5.4.1 声学特性测量系统硬件介绍
  •     5.4.2 声学特性测量系统界面介绍
  •   5.5 实验结果分析
  •     5.5.1 几种粮食的吸声系数
  •     5.5.2 几种粮食的隔声系数
  •   5.6 本章小结
  • 第6章 结论
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 白鹤云

    导师: 颜华

    关键词: 传播时间,阻抗管,吸声系数,隔声系数

    来源: 沈阳工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,农业科技

    专业: 物理学,农艺学

    单位: 沈阳工业大学

    分类号: O429;S379

    总页数: 65

    文件大小: 8614K

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