【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及声信号增强，特别涉及一种基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构及方法。
技术介绍
1、由于信息丰富、非接触式和灵活安装的优势，声学传感技术在故障诊断、输气管道泄漏检测、水声通信等领域引起了广泛关注。然而，声学信号总是很弱，且容易受到干扰噪声的影响。这限制了声学传感技术在实际应用中的应用。因此，增强声信号感知目前越来越成为热门领域。例如，基于具有点或线缺陷的声子晶体谐振器的波局部化效应来实现声信号增强；梯度声学超材料能够通过波压缩效应引起的压力放大来提高声信号的信噪比；远程耳语超材料的非凡散射特性放大了被强噪声淹没的微弱声音信号。近年来，具有高品质因子共振的准连续域束缚态引起了广泛关注，并为增强声信号传感提供了一条新的途径。
2、连续域束缚态具有零辐射衰减率和无限品质因子，可以实现声信号的极大增强。但在实际应用中，因为外部激励只能激发出准连续域束缚态而不能激发连续域束缚态，所以必须将连续域束缚态转化为有限高品质因子的准连续域束缚态。在光学和光子学领域，连续域束缚态或准连续域束缚态已经取得了许多进展。基于准连续域束缚态，许多高效的实际应用已经实现，如传感器和激光器。近年来，声学的连续域束缚态越来越受到关注。在各种声学系统中，已经从理论和实验上研究了多种连续域束缚态，包括对称保护的连续域束缚态、friedrich-wintgen连续域束缚态、fabry-perot连续域束缚态和镜像诱导的连续域束缚态。通过连续域束缚态，声压增强和声吸收功能已经得到了实现。但到目前为止，准连续束缚态对声信号增强传感的研究还相
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：针对上述
技术介绍
中存在的不足，提供一种增强声信号的单腔传感结构，基于准连续域束缚态实现声压增强并用于微弱声信号检测。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，包括相互连通的波导和谐振腔，所述波导的第一端为敞开设置，第二端为封闭设置，所述谐振腔靠近所述波导的第二端，所述谐振腔与所述波导第二端的距离为d，所述波导的第一端为声信号的入口端，所述谐振腔的外端为增强声信号的接收端，所述单腔传感结构具有镜像诱导的模态，并能够通过调整d实现镜像诱导连续域束缚态和准连续束缚态转换。
3、进一步地，所述波导的长度根据实际情况进行设置。
4、进一步地，所述波导的截面为正方形且边长s＝120mm，所述谐振腔为长方体腔，宽度w＝25mm，长度h＝115m，所述谐振腔与所述波导第二端的距离d＝100mm。
5、进一步地，基于d＝100mm的准连续束缚态，所述单腔传感结构能够增强670hz附近频率范围的声信号。
6、进一步地，在d＝118m处，镜像诱导本征模态的品质因子取得极大值，并成为连续域束缚态；在其它d取值下，镜像诱导本征模态为准连续域束缚态。
7、进一步地，所述单腔传感结构通过亚克力板制成，所述亚克力板的厚度为10mm，不同所述亚克力板之间粘接连接。
8、进一步地，所述单腔传感结构的声信号增强能够进行微弱信号在强噪声中的检测，包括谐波信号、周期性脉冲信号和调制信号。
9、进一步地，所述波导的截面为正方形且边长s＝800mm，所述波导的长度l＝8000mm，所述谐振腔为长方体腔，宽度w＝200mm，长度h＝2500m，所述谐振腔与所述波导第二端的距离d＝2500mm。
10、本专利技术还提供了一种基于准连续域束缚态增强声信号的方法，采用如前所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，使声信号从波导的第一端进入，单腔传感结构具有镜像诱导的模态，通过调整参数d实现镜像诱导连续域束缚态和准连续束缚态转换，镜像诱导连续域束缚态和准连续域束缚态的压力场分布显示表明在谐振腔中声能量显著增强，以在谐振腔的外端接收到增强声信号。
11、进一步地，测量旋转机械的三组轴径向位移振动信号，对应的故障程度分别为无尖锐碰摩故障、刚发生尖锐碰摩故障和早期尖锐碰摩故障，故障程度逐渐严重，对三组信号进行增强处理，刚发生尖锐碰摩故障的振动信号的对应频率分量得到了明显的增强并能够清楚明确识别尖锐碰摩故障的发生。
12、本专利技术的上述方案有如下的有益效果：
13、本专利技术提供的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构及方法，基于准连续域束缚态能够对声信号进行增强，且能够增强在强噪声下的谐波信号、周期性脉冲信号和调制信号，使得信号特征更明显、易识别，可用作微弱声信号检测，例如旋转机械的碰摩故障检测等；
14、本专利技术的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，包括相互连通的波导和谐振腔，所述波导的第一端为敞开设置，第二端为封闭设置，所述谐振腔靠近所述波导的第二端，所述谐振腔与所述波导第二端的距离为d，所述波导的第一端为声信号的入口端，所述谐振腔的外端为增强声信号的接收端，所述单腔传感结构具有镜像诱导的模态，并能够通过调整d实现镜像诱导连续域束缚态和准连续束缚态转换。
2.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述波导的长度根据实际情况进行设置。
3.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述波导的截面为正方形且边长s＝120mm，所述谐振腔为长方体腔，宽度w＝25mm，长度h＝115m，所述谐振腔与所述波导第二端的距离d＝100mm。
4.根据权利要求3所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，基于d＝100mm的准连续束缚态，所述单腔传感结构能够增强670Hz附近频率范围的声信号。
5.根据权利要求3所述的基于准连续域束缚态增强
6.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述单腔传感结构通过亚克力板制成，所述亚克力板的厚度为10mm，不同所述亚克力板之间粘接连接。
7.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述单腔传感结构的声信号增强能够进行微弱信号在强噪声中的检测，包括谐波信号、周期性脉冲信号和调制信号。
8.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述波导的截面为正方形且边长s＝800mm，所述波导的长度L＝8000mm，所述谐振腔为长方体腔，宽度w＝200mm，长度h＝2500m，所述谐振腔与所述波导第二端的距离d＝2500mm。
9.一种基于准连续域束缚态增强声信号的方法，采用如权利要求1-8任意一项所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，使声信号从波导的第一端进入，单腔传感结构具有镜像诱导的模态，通过调整参数d实现镜像诱导连续域束缚态和准连续束缚态转换，镜像诱导连续域束缚态和准连续域束缚态的压力场分布显示表明在谐振腔中声能量显著增强，以在谐振腔的外端接收到增强声信号。
10.根据权利要求9所述的基于准连续域束缚态增强声信号的方法，其特征在于，测量旋转机械的三组轴径向位移振动信号，对应的故障程度分别为无尖锐碰摩故障、刚发生尖锐碰摩故障和早期尖锐碰摩故障，故障程度逐渐严重，对三组信号进行增强处理，刚发生尖锐碰摩故障的振动信号的对应频率分量得到了明显的增强并能够清楚明确识别尖锐碰摩故障的发生。
...【技术特征摘要】
1.一种基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，包括相互连通的波导和谐振腔，所述波导的第一端为敞开设置，第二端为封闭设置，所述谐振腔靠近所述波导的第二端，所述谐振腔与所述波导第二端的距离为d，所述波导的第一端为声信号的入口端，所述谐振腔的外端为增强声信号的接收端，所述单腔传感结构具有镜像诱导的模态，并能够通过调整d实现镜像诱导连续域束缚态和准连续束缚态转换。
2.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述波导的长度根据实际情况进行设置。
3.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述波导的截面为正方形且边长s＝120mm，所述谐振腔为长方体腔，宽度w＝25mm，长度h＝115m，所述谐振腔与所述波导第二端的距离d＝100mm。
4.根据权利要求3所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，基于d＝100mm的准连续束缚态，所述单腔传感结构能够增强670hz附近频率范围的声信号。
5.根据权利要求3所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，在d＝118m处，镜像诱导本征模态的品质因子取得极大值，并成为连续域束缚态；在其它d取值下，镜像诱导本征模态为准连续域束缚态。
6.根据权利要求1所述的基于准连续域束缚态增强声信号的单腔传感结构，其特征在于，所述单腔传感结构通过亚...
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