甚低频标准次声的产生机理及相关技术问题的研究

Very-low frequency (VLF) infrasonic microphones are widely applied in such important fields as national defense, earthquake prediction, environmental detection, etc. Considering that the limitations of existing infrasound generators and the theoretical and technical problems of VLF infrasound standard devices, the research topics on the mechanism and related technology of generating standard VLF infrasound are proposed. The contents of the project include: researching the theoretical issues of generating standard VLF infrasound, which is focused on the effects of non-rigid wall on sound pressure distribution in the cavity, pressure correction theory for pressure leakage and heat conduction, the effects of variation of environmental temperature and atmospheric pressure on the calibration results of a microphone, the theory of the finite amplitude nonlinear pressure distribution in the cavity and the reasons for the distortion of the sound pressure waveform; researching the design theory and related technical issues of VLF infrasound standard devices, which is focused on the methodological and technical issues of small gap seals and complete seals, theoretical and technical issues of composite VLF sound pressure feedback control; researching theoretical and technical problems of primarily measuring the VLF infrasound pressure; developing an intelligent prototype of VLF (lower limit frequency of 0.0001Hz) infrasound standard devices for the primary calibration of VLF infrasonic microphones. The achievements of the project will be applied in the absolute calibration of VLF infrasonic microphones, which will result in the establish of industrial or national standards that are concerned about VLF infrasound calibration.

甚低频次声传声器广泛地应用在国防、地震预报、环境检测等重要领域，本项目针对目前次声发生装置存在的问题和甚低频次声标准装置中的理论及技术难题，提出甚低频标准次声产生的机理及相关技术问题的研究课题。项目的研究内容包括：研究甚低频标准次声产生的基本理论问题，重点解决非刚性壁对腔体内声场分布的影响问题、声压的泄漏和热传导修正问题、外界温度和大气压变化对传声器校准结果的影响问题、腔体内大振幅非线性声场分布理论问题、声压波形失真度的成因问题；研究甚低频次声发生装置的设计理论及相关技术问题，重点解决微小间隙密封与完全密封的方法和技术问题、甚低频复合式声压反馈控制理论及技术问题；研究甚低频次声声压绝对测量理论及技术问题；研制一套用于甚低频传声器绝对校准的智能型甚低频（下限频率达到0.0001Hz）次声标准装置样机。本项目成果将应用于甚低频次声传声器的绝对校准，并最终建立甚低频次声校准的相关行业或国家标准。

活塞发声器是目前最适用于次声传声器校准的方法，对传声器在次声频段内的绝对校准是保证次声测试结果精确的必要条件，而目前低于2 Hz频段的绝对校准技术在国内尚属空白。因此，对甚低频次声校准技术进行研究具有重要的理论和实际意义。项目针对目前次声活塞发声器研究中存在的问题，以建立我国次声标准为目的，对甚低频次声活塞发声器机理及相关技术进行了研究。. (1)研究了理想腔体内次声声场分布理论。建立了理想腔体内次声声场的分布参数模型，推导了次声活塞发声器的声压波动修正表达式，从而完善了理想次声活塞发声器腔体内的次声声场分布理论。. (2)研究了泄漏腔体内的次声声场分布理论。推导了次声活塞发声器的声压泄漏修正表达式。首次提出通过修正实测时间常数得到声压泄漏修正表达式中绝热过程时间常数的方法，从而正确地实现对声压的泄漏修正。. (3)研究了非绝热腔体内的次声声场分布理论。推导了次声活塞发声器的声压热传导修正表达式。首次得到了次声活塞发声器的声压泄漏与热传导耦合修正表达式，避免了使用现有的泄漏修正理论与热传导修正理论对校准结果带来的误差。. (4)研究了次声活塞发声器的相关设计理论。提出了间隙密封和薄膜密封结构腔体的设计方案，并研制了基于位移反馈型电磁振动台的次声活塞发声器，实现了1 mHz-20 Hz频率范围内输出声压级达到130 dB以上、声压波形谐波失真度小于2 %的甚低频声压发生系统，为建立我国甚低频声压标准奠定了理论基础、积累了实践经验。. 项目在国内外高水平刊物上共发表相关研究论文14篇，其中SCI 9篇，EI 5篇；授权发明专利4项，其中美国发明专利1项，中国发明专利3项;获得国家质检总局科技兴检二等奖1项。