基于mems声矢量传感器管道巡检装置地面标记研究

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1、中北大学学位论文分类号：TE89单位代码：10110学号：华北基于MEMS中北大学矢硕士学位论文量声传感器的管道基于MEMS声矢量传感器的管道巡检装巡检装置地面标记研究置地面标记研究姓名硕士研究生_______________________指导教师_________________________中北学科专业精密仪器及机械大学年月日中北大学学位论文注1图书分类号TE89密级________________UDC621.3硕士学位论文基于MEMS声矢量传感器的管道巡检装置地面标记研究（作者姓名）指导教师（姓名、职称）____

2、___________________________________________申请学位级别工学学士专业名称精密仪器及机械论文提交日期________年______月______日论文答辩日期________年______月______日学位授予日期________年______月______日论文评阅人___________________________________________________________答辩委员会主席_______________________年月日中北大学学位论文原创性声明本人郑重

3、声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复

4、制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文基于MEMS声矢量传感器的管道巡检装置地面标记研究摘要随着管道技术的迅速发展，管道巡检装置的地面标记技术呈迅猛发展的趋势。基于声学原理的管道巡检装置地面标记技术已成为现今研究的热点与难点。寻找合适的声学传感器是这项技术的核心。MEMS声矢量传感器是中北大学自主研制的新型矢量传感器，具有矢量性、体积小、灵敏度高、稳定性能好、成本低等优点。基于以上背景，创新性的提出将MEMS声矢量传感器应用

5、于管道巡检装置的地面标记中。对于MEMS声矢量传感器而言，这是一项从海洋到陆地的突破。围绕这个课题，首先研究了声信号在土壤环境中的传播机理。根据Biot理论，推导出声波在土壤环境中传播的形式，定性的分析了各种声波形式的特点。最终推导出声波中的快纵波是土壤中传播的主要形式。然后分析了管道巡检装置在管道中运行时发出的声音信号特征。在上述分析的基础上，针对声信号的特殊特征及土壤环境的特殊性，对MEMS声矢量传感器做了相应的优化改进：1.设计橘瓣式结构提高其灵敏度；2.长圆柱型结构增加传感器与土壤的耦合性。进一步的，对单声矢量传感器

6、进行计算机仿真。仿真分析了单声矢量传感器良好的定向能力，进而设计实验，利用波束形成法验证其对土壤中声信号的良好定向性能，平均误差限于5°之内。在单声矢量传感器的实验分析基础上，对矢量阵的多源分辨能力及波达角方向的分辨能力进行了仿真分析及实验验证。首先，理论分析计算了矢量阵的布阵形式及具体参数。进而对其指向性、多源分辨能力及波达角方向的分辨能力进行计算机仿真并分析了其影响因素。最终进行了实验验证。初步验证了其对多声源估计的可行性。但是，受其一致性的影响，矢量阵对波达角方向的分辨能力及测距能力并不理想。测试结果也对MEMS声矢量

7、传感器的改进提出了要求，也希望本文能够为实现MEMS声矢量传感器在管道巡检装置的地面标记方向的应用起到推动作用。关键词：MEMS声矢量传感器，地面标记，矢量阵，定位中北大学学位论文ResearchonabovegroundmarkingofpipelineinspectiondevicebasedonMEMSvectoracousticsensorAbstractWiththerapiddevelopmentofpipelinetechnology,thegroundmarkerofpipelineinspectiondev

8、icehasaswiftandviolentdevelopmenttrend.Thegroundmarkertechnologybasedonacousticsprinciplehasbecomethehotspotanddifficultyoftheresearchcurrently.S