基于MEMS聲矢量傳感器的管道巡檢裝置地面標記研究.pdf

1、隨著管道技術的迅速發(fā)展，管道巡檢裝置的地面標記技術呈迅猛發(fā)展的趨勢?；诼晫W原理的管道巡檢裝置地面標記技術已成為現(xiàn)今研究的熱點與難點。尋找合適的聲學傳感器是這項技術的核心。MEMS聲矢量傳感器是中北大學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?；谝陨媳尘埃瑒?chuàng)新性的提出將MEMS聲矢量傳感器應用于管道巡檢裝置的地面標記中。對于MEMS聲矢量傳感器而言，這是一項從海洋到陸地的突破。
　　圍繞這

2、個課題，首先研究了聲信號在土壤環(huán)境中的傳播機理。根據(jù)Biot理論，推導出聲波在土壤環(huán)境中傳播的形式，定性的分析了各種聲波形式的特點。最終推導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行時發(fā)出的聲音信號特征。
　　在上述分析的基礎上，針對聲信號的特殊特征及土壤環(huán)境的特殊性，對MEMS聲矢量傳感器做了相應的優(yōu)化改進：1.設計橘瓣式結構提高其靈敏度；2.長圓柱型結構增加傳感器與土壤的耦合性。
　　進一

3、步的，對單聲矢量傳感器進行計算機仿真。仿真分析了單聲矢量傳感器良好的定向能力，進而設計實驗，利用波束形成法驗證其對土壤中聲信號的良好定向性能，平均誤差限于5°之內。
　　在單聲矢量傳感器的實驗分析基礎上，對矢量陣的多源分辨能力及波達角方向的分辨能力進行了仿真分析及實驗驗證。首先，理論分析計算了矢量陣的布陣形式及具體參數(shù)。進而對其指向性、多源分辨能力及波達角方向的分辨能力進行計算機仿真并分析了其影響因素。最終進行了實驗驗證。初步驗證