2022年, 第50卷, 第6期　刊出日期：2022-11-10

  

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超声检测和声频工程专题
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  超声成像检测研究进展

  张碧星, 张萍, 阎守国, 黄娟

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 1-16.

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  近年来，超声成像检测技术取得了快速发展，已成为无损检测领域的研究热点。本文重点分析了声波时间反转成像、超声相控阵成像、合成孔径成像、全聚焦成像、频散导波成像和超声多波成像这6种超声成像检测方法的发展历程、研究现状及进展。分析表明：声波时间反转成像是一种自适应聚焦成像方法，在原理上不适用于非线性和耗散介质，需要适当改进才能应用。超声相控阵成像、合成孔径成像和全聚焦成像都是基于超声阵列的相位控制方法，能实现声束可调，随着电子硬件和软件技术的发展，超声阵列成像将向三维实时成像方向发展。分析了频散导波和多波聚焦的成像特点，讨论了通过控制换能器各阵元激励信号波形来实现频散导波和多波聚焦成像的多种方法。总结了超声成像检测的发展趋势及存在的问题，结果表明融合多种成像方式和多信息成像方法将成为超声成像检测的重要发展方向，可为超声成像检测研究提供参考和思路。
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  基于深度学习和导波阵列的高精度损伤成像方法

  许伯强, 邱彤彤, 岳圣尧, 徐晨光, 徐桂东, 沈荣和, 张赛

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 17-29.

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  为提升超声导波技术在板状结构中对损伤位置、大小和形状的精确检测能力，将全聚焦成像算法的低分辨率成像结果和多尺度深度学习算法模型相结合，研究了圆孔和裂纹两种损伤的高精度成像方法。基于深度学习的高精度成像算法由卷积神经网络和反卷积神经网络两部分构成，利用神经网络的多尺度分析、非线性增强和多层级融合功能提升分辨率。在全聚焦成像算法成像结果的基础上构建网络训练数据库，对板中包含圆孔-裂纹双损伤以及圆孔-圆孔双损伤两种情况进行检测验证。结果表明：该方法成像精度高，在精确定位损伤的基础上可以进一步获得损伤的精细特征。
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  基于声弛豫吸收谱分解特征的气体传感理论

  刘婷婷, 张向群, 朱明

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 30-38.

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  为实现复杂混合气体的超声检测，提出一种基于声弛豫吸收谱分解特征的气体传感理论。该理论将混合气体声弛豫吸收谱分解为气体成分贡献的单独声谱，获得其分解声谱的峰值幅度与气体成分的依赖关系，并利用分解声谱峰值幅度随外界温度变化值作为识别参数。结果表明：利用分解声谱峰值幅度可实现多元混合气体的成分识别；引入温度参数后，可实现每种气体成分的浓度检测。
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  基于生成对抗网络的音频补偿方法

  王杰, 观元升, 胡文林

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 39-48.

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  为解决音频补偿存在可修复片段长度较短、修复对象局限于高重复性音频和采用语谱图所带来的逆变换失真等问题，提出了针对长语音补偿的新生成对抗网络。新网络模型以原始语音作为输入输出信号，解决传统基于语谱图方法的局限性。首先，采用前后文编解码器作为生成器，提高对信号时域空白间隙周围可用内容的利用率；其次，将语音特征提取模块加入鉴别器，通过学习前后文内容中音高、音素特征，有效提升训练效率和生成质量。结果表明：与现有多个算法进行对比，提出的生成对抗网络具有良好的语音补偿性能，可修复间隙长度达256 ms。进一步通过变速扩展音频长度，针对扩展语音新模型可稳定修复长达500 ms的语音间隙。
声学换能器专题
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  斜槽式超声传振杆的纵弯复合振动及其等效电路

  许龙, 陈一博

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 49-57.

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  基于棒的横振动方程和力电类比原理推导了均匀细棒弯曲振动的等效电路，通过引入纵向与弯曲振动之间的机械转换系数，建立了斜槽式超声传振杆纵弯复合振动的机电等效电路并推导其共振频率方程。通过等效电路法和有限元仿真分析了不同倾角斜槽超声传振杆的纵弯复合振动共振频率。结果表明：随着斜槽倾角的增加，理论和仿真计算所得共振频率的偏差逐渐增大，在斜槽倾角大于30°时，二者的相对误差达10%以上。通过有限元仿真分析了斜槽的位置、间距、长度和倾斜角度对斜槽式超声传振杆纵弯复合振动特性的影响，发现斜槽在距左端面38.5 mm、两斜槽间距10 mm时斜槽式超声传振杆具有最佳的纵弯复合振动模态，随斜槽长度和倾角的增加斜槽式超声传振杆的共振频率不断减小，输出端横向与纵向位移之比不断增大。利用激光测振仪测试了斜槽式传振杆纵弯复合振动模态下横向与纵向振动位移，实验测试结果与仿真计算结果一致。
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  热管冷却对压电换能器振动稳定性的影响

  刘世清, 樊叶萍, 麻磊磊, 高晓蕾

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 58-63.

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  针对大功率超声换能器工作发热问题，提出了一种新型的热管型复合压电超声换能器，并进行了实验和仿真研究。首先，研究了空载情况下，有、无热管2种状态换能器的内部轴向温度场分布；其次，利用有限元法研究了热管耦合位置、数量及深度对换能器共振频率和位移振幅的影响；最后，通过实验研究了400 W负载下，有、无热管换能器的共振频率和动态电容随温度的变化关系。结果表明：压电陶瓷工作发热是换能器发热的主要因素，利用热管可大幅降低换能器的内部温度；在相同工况下，热管可使换能器温升降幅达42.5%，并使换能器的共振频率和动态电容漂移量分别降低约73.5%与59.5%。
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  超磁致伸缩换能器设计及其涡流损耗分析

  刘强, 李婧, 张雄伟, 贺西平

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 64-68.

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  为减小超磁致伸缩换能器在高频工作时的设计误差并抑制涡流损耗,基于解析法设计了一种新型超磁致伸缩换能器，利用表观弹性法求出换能器的等效弹性常数，计算了换能器的共振频率，利用有限元软件对换能器进行动力学分析，并对换能器的稀土棒进行涡流损耗分析；进一步研制了换能器的样机，并进行阻抗测试。结果表明：未处理稀土棒的涡流损耗主要集中于外径表面，切片后稀土棒的涡流损耗减小了67.98%；根据表观弹性法计算的换能器共振频率与有限元计算、实验测试结果基本一致，而基于一维纵向理论求得换能器的共振频率与实验测试结果相差较大。
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  双曲形管聚声换能器对耳穴中辐射场的影响

  张丽蓉, 李锦, 胡静, 凤飞龙

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 69-76.

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  为明确超声作用过程中生物组织的物理场分布，基于管道声模态理论、Pennes生物热传导方程和弹性波动方程，计算了双曲形管聚声换能器在耳穴中产生的声场、温度场和应力场的分布情况，并将其与凹球面聚焦换能器对比。仿真结果表明：双曲形管聚声换能器在耳穴中的声场为细长纺锤形区域；其在耳穴中产生的声强、温升和应力随着换能器发射声压的增大而增大。双曲形管聚声换能器在耳穴中的声强分布较为平坦，当超声辐照时间大于10.52 s时，会引起皮肤-软骨界面处的温升更高，但其在耳穴中产生的应力较小。
运动与健康促进专题
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  高血压患病风险的健康体适能相关指标筛选——以高校教职工为例

  李小龙, 周园, 张婧, 万炳军, 池爱平, 陈建刚, 潘新亮, 王万万, 刘龙龙, 叶博, 闫亮亮

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 77-86.

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  对高校教职工（staff and faculty in the university，SFU）健康体适能（health-related physical fitness，HPF）指标与血压、血液生化指标进行相关性分析，筛选并确定评估高血压患病风险的有效指标，为运动方案的制定提供实验依据。以791名某高校教职工为研究对象，对各指标测试结果采用Mann-Whitney U检验、χ2检验，利用二元Logistic回归模型进行统计学分析。结果表明：男、女性高血压患病率分别为22.41%和11.38%；身体质量指数（BMI）、腰围（WC）、腰高比（WHtR）和脂质蓄积指数（LAP）对男、女性高血压患病均具有显著性影响（P＜0.05）；握力（GS）、肺活量（VC）对女性高血压患病具有显著性影响（P＜0.05），但对男性没有显著影响（P＞0.05）；BMI、WC、WHtR和LAP均可以有效评估男性高血压患病风险（P＜0.05）； WC、WHtR、GS、VC均可以有效评估女性高血压患病风险（P＜0.05）。WC和WHtR是SFU高血压患病风险早期筛查与评估的有效指标，BMI和LAP是男性高血压患病风险早期筛查与评估的有效指标。
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  中国老年人多病模式与身体活动水平及失能的关系

  肖文娟, 陈诗琪, 李中英, 梁云羿, 舒婧, 张婧, 郭建军, 苟波, 史祖民, 孙晓敏

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 87-94.

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  基于2018年中国健康与养老追踪调查数据，分析了中国老年人（≥60岁）多病共存流行现状，探讨了不同多病状态与身体活动水平及失能的关系。利用因子分析法基于四分相关矩阵获得老年人的多病模式，采用有序logistic和Poisson回归分析多病模式与身体活动水平及失能的关系。结果表明：在9 634名老年人中，多病（≥2种）的患病率为94.6%。提取出的5种多病模式分别为内脏疾病、呼吸系统疾病、心脑血管与退行性疾病、精神与关节疾病和代谢紊乱疾病。呼吸系统疾病、心脑血管与退行性疾病和代谢紊乱疾病的因子得分水平越高，老年人的身体活动水平越低；同时，5种多病模式因子得分越高，老年人的失能风险也越高。我国老年人多病问题严峻，多病状态是其身体活动水平低和发生失能的高危因素，老年人的多病问题亟须采取干预措施。
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  不同运动干预下老年肌少症患者的CT影像特征变化

  魏渼淇, 杨光, 魏茂泉, 孟德宇, 何诗纯, 李妍

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 95-103.

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  为研究不同运动干预下老年肌少症患者的CT影像特征变化，招募60~75岁的肌少症患者92例，随机分为有氧训练（AT）组、抗阻训练（RT）组和空白对照（CG）组；AT组与RT组实施运动处方干预，CG组接受常规护理管理，干预周期20周；干预前、后1周内对患者各进行1次上腹部CT扫描，定量测量L3椎体水平骨骼肌面积（L3 SMA）、密度（L3 SMD）和肌间隙脂肪面积、密度并计算骨骼肌脂肪浸润程度（MFI），比较3组研究对象干预前后的影像学指标差异。结果表明：运动可有效延缓肌少症发展，RT的干预效果优于AT；RT可有效改善甚至逆转老年人与年龄有关的骨骼肌肌量进行性下降；AT与RT均有助于预防老年人与年龄相关的肌间脂肪积累，但无法实现肌间脂肪积累的逆转。
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  基于脑电响应分析睡眠剥夺对运动表现的影响

  纽晓丹, 肖涛, 王保平, 贺晓雄, 池爱平

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 104-112.

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  研究了不同睡眠状态下，运动前后脑功能网络指标的变化。将30名男性大学生随机分为睡眠剥夺（SD）组和正常睡眠（NC）组,并进行Bruce运动方案（跑台），分别在运动前后完成静息态脑电数据采集。利用相位延迟指数构建脑功能网络，基于图论分析脑功能网络拓扑属性，包括：聚类系数（Cp）、特征路径长度（Lp）、全局效率（Eg）和局部效率（EL）。结果表明：与正常睡眠状态运动后相比，受试者在睡眠剥夺状态下完成运动后的脑功能网络中δ和θ频段的Cp、Lp和EL显著升高（P < 0.05），θ频段的Eg显著降低（P < 0.05）；α1频段的Cp和EL显著升高（P < 0.05），Lp和Eg显著降低（P<0.05）。结果说明睡眠不足将导致大脑工作效率降低且信息传递速度变慢进而影响运动表现。
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  基于熵权-TOPSIS法的省域休闲体育竞争力评价及差异特征分析

  江磊, 张佑印, 张景全, 刘猛桥, 徐珩

  陕西师范大学学报(自然科学版). 2022, 50(6): 113-123.

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  为评价休闲体育发展质量，采用德尔菲法确定了休闲体育竞争力评价的指标为：自然环境、体育资源、需求基础、市场条件、产品结构、创新环境和主体支撑。利用熵权-TOPSIS（technique for order preference by similarity to ideal solution）方法对中国大陆地区31个省级单元的休闲体育竞争力发展水平及空间差异特征进行测度分析。结果表明：中国休闲体育竞争力总体处于一般水平，休闲体育资源、需求基础与自然环境竞争力为优势要素层，主体支撑、市场条件、产品结构以及创新环境竞争力为劣势要素层；休闲体育竞争力水平空间差异明显，呈现出东、中、西梯度递减格局，具有高度的经济正相关性；各省域休闲体育竞争力水平的优势与劣势因素各异，供给侧竞争力整体大于需求侧。