一種外場聲激勵(lì)船舶振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種船舶測試【技術(shù)領(lǐng)域】的檢測方法，具體是一種船舶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲的傳遞路徑分析方法。本發(fā)明包括：設(shè)定船舶內(nèi)外加速度傳感器以及船舶外部水聽器測量通道信息；根據(jù)各個(gè)振動(dòng)傳感器的實(shí)際測量位置，對(duì)振動(dòng)測點(diǎn)按照設(shè)備機(jī)腳、隔振裝置、管系、船舶內(nèi)側(cè)、船舶外側(cè)進(jìn)行分級(jí)歸類；采用高功率聲源，根據(jù)輻射噪聲的主要特征頻譜，發(fā)射聲信號(hào)對(duì)艦殼重點(diǎn)部位進(jìn)行激勵(lì)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行傳遞路徑貢獻(xiàn)量分析，路徑貢獻(xiàn)量分析是將每條路徑在評(píng)估點(diǎn)產(chǎn)生的響應(yīng)分量與總響應(yīng)相比，計(jì)算各路徑響應(yīng)分量在總響應(yīng)中所占的貢獻(xiàn)量。能夠解決船舶內(nèi)部難以激勵(lì)的情況，對(duì)今后船舶的傳遞路徑分析具有一定的參考價(jià)值。
【專利說明】-種外場聲激勵(lì)船舶振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種船舶測試【技術(shù)領(lǐng)域】的檢測方法，具體是一種外場聲激勵(lì)船舶 振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 船舶的聲隱身性能是衡量船舶的安全性和作戰(zhàn)性能的重要指標(biāo)，最大限度地保持 船舶的聲隱身性，對(duì)于提高船舶的生存能力、發(fā)揮作戰(zhàn)效能和保持有效的戰(zhàn)略威懾有著重 大的意義。福射噪聲是各種無源聲納和聲學(xué)武器探測船舶的主要目標(biāo)信息，是破壞其聲隱 身性能的主要因素。因此降低船舶的水下福射噪聲具有重要意義。船舶本身是一個(gè)十分復(fù) 雜的嗓聲源，主要噪聲源可歸納為：機(jī)械噪聲、水動(dòng)力噪聲、螺旋獎(jiǎng)噪聲。在一定的航速下， 船舶主要聲源之一的機(jī)械噪聲進(jìn)行有效治理成為進(jìn)一步降低潛艇福射噪聲水平的關(guān)鍵， 也是船舶噪聲控制的主要方向。船舶機(jī)械噪聲福射主要通過是由船舶上設(shè)備開啟后，機(jī)械 設(shè)備的振動(dòng)通過浮俊等裝置帶動(dòng)船舶振動(dòng)，在船舶表面形成自噪聲，自噪聲向遠(yuǎn)場福射形 成為福射噪聲。通過對(duì)振動(dòng)傳遞途徑的隔離能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備所產(chǎn)生振動(dòng)傳播的控制， 能夠有效地減小設(shè)備的機(jī)械福射噪聲，所W對(duì)其傳遞路徑的確定是實(shí)現(xiàn)隔離的首要工作。
[0003] 文獻(xiàn)"基于傳遞函數(shù)的潛艇噪聲傳遞路徑分析"運(yùn)用相干分析和傳遞函數(shù)分析， 計(jì)算了浮俊在某一單頻的激勵(lì)下，在其周圍的艇體內(nèi)部四個(gè)測點(diǎn)，W及該四個(gè)測點(diǎn)到艇體 表面的兩個(gè)測點(diǎn)，及它們到福射噪聲的相干分析值和傳遞函數(shù)值，通過比較得出的浮俊振 動(dòng)傳遞路徑。文獻(xiàn)"艦船振動(dòng)噪聲源傳遞路徑分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，振動(dòng)與沖擊，2013, 32 (22)" 針對(duì)工況傳遞路徑分析方法在工程應(yīng)用中雖具吸引力、尚存準(zhǔn)確性難W滿足船舶實(shí)際應(yīng)用 需求等問題，將多源信號(hào)視為卷積混疊，提出禪合振動(dòng)噪聲源分離方法。建立船舶工況傳遞 路徑分析模型，結(jié)合船舶傳遞路徑振聲測試試驗(yàn)對(duì)模型可行性、正確性進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表 明，新工況傳遞路徑分析模型可準(zhǔn)確、高效進(jìn)行船舶噪聲源識(shí)別、聲場預(yù)報(bào)及狀態(tài)監(jiān)測。兩 種方法都是正向分析，而正向分析在工程實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中對(duì)某些部位難W激勵(lì)。
[0004] 基于此，本發(fā)明借鑒前人經(jīng)驗(yàn)，提出外場聲激勵(lì)船舶振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析方法， 該方法能夠解決某些重要部位難W激勵(lì)的情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服工程應(yīng)用某些部位難W激勵(lì)，本發(fā)明采用外部聲激勵(lì)，逆向分析船舶的 傳遞路徑。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種外場聲激勵(lì)船舶振動(dòng)噪聲傳遞路 徑分析方法，其特點(diǎn)是包括W下步驟：
[0007] (a)設(shè)定船舶內(nèi)外加速度傳感器W及船舶外部水聽器測量通道信息。
[0008] 化）根據(jù)各個(gè)振動(dòng)傳感器的實(shí)際測量位置，對(duì)振動(dòng)測點(diǎn)按照設(shè)備機(jī)腳、隔振裝置、 管系、船舶內(nèi)側(cè)、船舶外側(cè)進(jìn)行分級(jí)歸類。
[0009] (C)采用高功率聲源，根據(jù)福射噪聲的主要特征頻譜，發(fā)射聲信號(hào)對(duì)艦殼重點(diǎn)部位 進(jìn)行激勵(lì)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0010] (d)設(shè)定信號(hào)分析的參數(shù)：采樣頻率、積分時(shí)間、窗函數(shù)類型、頻譜分辨率。
[0011] (e)對(duì)各個(gè)通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析，根據(jù)分級(jí)歸類的結(jié)果，對(duì)各級(jí)輸入測 點(diǎn)與輸出測點(diǎn)進(jìn)行相干系數(shù)分析。
[0012] (f)根據(jù)功率譜分析W及相干系數(shù)分析結(jié)果，選擇測量信噪比高的有效分析頻段 范圍。
[0013] (g)根據(jù)多個(gè)工況的數(shù)據(jù)信息，采用工況傳遞路徑分析方法計(jì)算系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 矩陣。
[0014] 化）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行傳遞路徑貢獻(xiàn)量分析，路徑貢獻(xiàn)量分析是將每條路徑 在評(píng)估點(diǎn)產(chǎn)生的響應(yīng)分量與總響應(yīng)相比，計(jì)算各路徑響應(yīng)分量在總響應(yīng)中所占的貢獻(xiàn)量。
[0015] (i)得到系統(tǒng)主要傳遞路徑。
[0016] 本發(fā)明所采用的方法，克服了工程應(yīng)用某些部位難W激勵(lì)的情況，能更加全面的 分析船舶的傳遞路徑分析。
[0017] (j)采用激勵(lì)設(shè)備對(duì)船舶內(nèi)部機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)，船舶外部采用聲壓水聽器 測量振動(dòng)福射噪聲，重復(fù)步驟（a)-化）、（d)-(i)，正向驗(yàn)證逆向測量結(jié)果。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是；能夠解決船舶內(nèi)部難W激勵(lì)的情況，對(duì)今后船舶的傳遞路 徑分析具有一定的參考價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1傳遞路徑分析模型。
[0020] 圖2聲激勵(lì)振動(dòng)噪聲傳遞路徑測試系統(tǒng)工作示意圖。
[0021] 圖3船舶傳遞路徑分析流程圖。
[0022] 圖4用傳遞函數(shù)原理得到的示意圖（不相干）。
[0023] 圖5用傳遞函數(shù)原理得到的示意圖（相干）。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0025] 本發(fā)明公布了 一種外場聲激勵(lì)船舶振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析方法。首先設(shè)定船舶內(nèi) 外加速度傳感器W及船舶外部水聽器測量通道信息；再根據(jù)各個(gè)振動(dòng)傳感器的實(shí)際測量位 置，對(duì)振動(dòng)測點(diǎn)按照設(shè)備機(jī)腳、隔振裝置、管系、船舶內(nèi)側(cè)、船舶外側(cè)進(jìn)行分級(jí)歸類；之后采 用高功率聲源，根據(jù)福射噪聲的主要特征頻譜，發(fā)射聲信號(hào)對(duì)艦殼重點(diǎn)部位進(jìn)行激勵(lì)并進(jìn) 行數(shù)據(jù)采集；再設(shè)定信號(hào)分析的參數(shù)：采樣頻率、積分時(shí)間、窗函數(shù)類型、頻譜分辨率，并對(duì) 各個(gè)通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析；根據(jù)分級(jí)歸類的結(jié)果，對(duì)各級(jí)輸入測點(diǎn)與輸出測點(diǎn) 進(jìn)行相干系數(shù)分析；根據(jù)功率譜分析W及相干系數(shù)分析結(jié)果，選擇測量信噪比高的有效分 析頻段范圍；根據(jù)多個(gè)工況的數(shù)據(jù)信息，采用工況傳遞路徑分析方法計(jì)算系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 矩陣；根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行傳遞路徑貢獻(xiàn)量分析，路徑貢獻(xiàn)量分析是將每條路徑在評(píng)估 點(diǎn)產(chǎn)生的響應(yīng)分量與總響應(yīng)相比，計(jì)算各路徑響應(yīng)分量在總響應(yīng)中所占的貢獻(xiàn)量，得到系 統(tǒng)主要傳遞路徑。最后采用激勵(lì)設(shè)備對(duì)船舶內(nèi)部機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)，船舶外部采用聲 壓水聽器測量振動(dòng)福射噪聲，重復(fù)W上步驟，正向驗(yàn)證逆向測量結(jié)果。為了更好的分析船 舶的傳遞路徑，設(shè)計(jì)了 w上方法，對(duì)工程實(shí)踐中船舶的傳遞路徑分析具有指導(dǎo)意義。
[0026] (a)如圖2所示，首先設(shè)定船舶內(nèi)外加速度傳感器W及船舶外部水聽器測量通道 信息；再根據(jù)各個(gè)振動(dòng)傳感器的實(shí)際測量位置，對(duì)振動(dòng)測點(diǎn)按照設(shè)備機(jī)腳、隔振裝置、管系、 船舶內(nèi)側(cè)、船舶外側(cè)進(jìn)行分級(jí)歸類；然后設(shè)定信號(hào)分析的參數(shù)：采樣頻率、積分時(shí)間、窗函 數(shù)類型、頻譜分辨率。
[0027] 化）對(duì)各個(gè)通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析。
[0028] (C)根據(jù)分級(jí)歸類的結(jié)果，對(duì)各級(jí)輸入測點(diǎn)與輸出測點(diǎn)進(jìn)行相干系數(shù)分析。
[0029] (d)根據(jù)功率譜分析W及相干系數(shù)分析結(jié)果，選擇測量信噪比高的有效分析頻段 范圍。
[0030] (e)在時(shí)域和頻域上分別計(jì)算測量系統(tǒng)的傳遞率，并且根據(jù)多個(gè)工況的數(shù)據(jù)信息， 采用工況傳遞路徑分析方法計(jì)算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣。
[0031] (f)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行傳遞路徑貢獻(xiàn)量分析，路徑貢獻(xiàn)量分析是將每條路徑 在評(píng)估點(diǎn)產(chǎn)生的響應(yīng)分量與總響應(yīng)相比，計(jì)算各路徑響應(yīng)分量在總響應(yīng)中所占的貢獻(xiàn)量， 得到系統(tǒng)主要傳遞路徑。
[0032] (g)再重復(fù)W上步驟正向驗(yàn)證。
[0033] 表1傳遞函數(shù)理想矩陣（不相干）。
[0034] 表2傳遞函數(shù)仿真矩陣（不相干）。
[0035] 表3傳遞函數(shù)理想矩陣（相干）。
[0036] 表4傳遞函數(shù)仿真矩陣（相干）。
[0037] 根據(jù)表2,找出最大的H個(gè)數(shù)，其對(duì)應(yīng)于3條主要的傳遞路徑。
[0038] 根據(jù)表4,找出最大的H個(gè)數(shù)，其對(duì)應(yīng)于3條主要的傳遞路徑。
[0039] 由此我們可W得出主要的傳遞路徑，如示意圖。
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種外場聲激勵(lì)船舶振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析方法，其特征在于： (a) 設(shè)定船舶內(nèi)外加速度傳感器以及船舶外部水聽器測量通道信息； (b) 根據(jù)各個(gè)振動(dòng)傳感器的實(shí)際測量位置，對(duì)振動(dòng)測點(diǎn)按照設(shè)備機(jī)腳、隔振裝置、管系、 船舶內(nèi)側(cè)、船舶外側(cè)進(jìn)行分級(jí)歸類； (c) 采用高功率聲源，根據(jù)輻射噪聲的主要特征頻譜，發(fā)射聲信號(hào)對(duì)艦殼重點(diǎn)部位進(jìn)行 激勵(lì)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集； (d) 設(shè)定信號(hào)分析的參數(shù)：采樣頻率、積分時(shí)間、窗函數(shù)類型、頻譜分辨率； (e) 對(duì)各個(gè)通道采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜分析，根據(jù)分級(jí)歸類的結(jié)果，對(duì)各級(jí)輸入測點(diǎn)與 輸出測點(diǎn)進(jìn)行相干系數(shù)分析； (f) 根據(jù)功率譜分析以及相干系數(shù)分析結(jié)果，選擇測量信噪比高的有效分析頻段范 圍； (g) 根據(jù)多個(gè)工況的數(shù)據(jù)信息，采用工況傳遞路徑分析方法計(jì)算系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩 陣； (h) 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行傳遞路徑貢獻(xiàn)量分析，路徑貢獻(xiàn)量分析是將每條路徑在評(píng) 估點(diǎn)產(chǎn)生的響應(yīng)分量與總響應(yīng)相比，計(jì)算各路徑響應(yīng)分量在總響應(yīng)中所占的貢獻(xiàn)量； (i) 得到系統(tǒng)主要傳遞路徑； (j) 采用激勵(lì)設(shè)備對(duì)船舶內(nèi)部機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)，船舶外部采用聲壓水聽器測量 振動(dòng)輻射噪聲，重復(fù)步驟（a)-(b)、（d)-(i)，正向驗(yàn)證逆向測量結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK104502127SQ201410659237
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】莫世奇, 楊衛(wèi)東, 楊德森, 方爾正, 時(shí)勝國, 朱中銳, 張攬?jiān)? 胡博, 李松, 洪連進(jìn), 李思純, 時(shí)潔 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)