降低声信号处理的工作频率可以提高维护效率，减少在线机器状态监测的数据处理负担。然而，由于波长较长需要更大的声学辅助设备，并且难以在周围噪声中检测到细微的故障信号，因此较低的频率范围对声传感提出了挑战。本研究介绍了一种新的传感方法，该方法将声波压缩梯度指数超材料与Fabry-P ' erot谐振器相结合，以实现机器故障声信号增强。这种创新的方法可以放大低频声信号，同时保持与当前梯度超材料相同的紧凑尺寸。分析模型建立了声压增益与关键参数之间的直接联系，指导机械故障检测的定制放大。数值模拟和原型实验表明，工作频率显著降低，放大增益增加，证明了该设计在保持紧凑的同时改善低频检测的有效性。该方法的有效性进一步证明了其在齿轮和轴承诊断中提取弱故障谐波的能力。这种方法有助于声辅助设备的声信号选择性频率范围放大和工作频率降低，为低速旋转机械状态监测开辟了应用途径，并可能扩展到设备小型化等领域，以增强紧凑系统的故障检测。
为了解决通过降低操作增强频率范围来实现基于声学特征的更经济有效监测的声学传感挑战，本文提出了一种基于Fabry-P ' erot谐振器的梯度声学超材料传感（fprs - gams）方法，该方法将利用波压缩的梯度指数组件与利用Fabry-P ' erot谐振的空间线圈结构协同集成。为此，它取得了以下主要进展：
1. 建立一种统一两种互补剪裁技术的超材料范例，以获得更高的声学振幅和频率降低，同时保持与纯梯度超材料相当的紧凑尺寸。
2. 推导了一个分析模型，定量地将压力放大与几何和材料参数联系起来，为声学超材料优化提供了基于基本物理的建模指导。
3. 实验验证表明，故障检测灵敏度和故障信号信噪比的显著提高，证明了该方法作为增强低频范围内传感的有效方法的可行性。
在这些成就的基础上，这项工作为未来利用这些技术进行更有效的声学传感和监测奠定了坚实的基础。然而，为了充分实现这种方法的能力，进一步探索几个关键领域是必要的：
1.q因子与工作频率降低之间的权衡：增加空间线圈环对的数量会导致更长的声路径，从而导致更高的q因子和更大的频率降低。虽然这种增强是有益的，但它也会导致更窄的增强频率带宽。这个特性应该根据不同的场景进行调整，因为根据具体的应用需求，更高的q因子带来的更窄的增强频率带宽既有优点也有缺点。
2. 解决热粘度损失问题：FPR-GAMS设计会遇到热粘度损失问题，特别是在锯齿间距较紧的配置中，这会导致声压放大倍率低于预期。优化几何结构和探索替代材料，在不影响放大效率的情况下减轻这些损失，是未来研究的关键领域。
3. 不同传感需求的动态可调性：引入对超材料几何形状进行实时调整的机制可以大大提高系统的灵活性，实现更大范围的频率和放大水平。
本研究中讨论的基本概念和设计策略暗示了利用这些技术改进声学传感和监测的未来研究的有希望的途径。这一探索可能会导致机械故障检测和诊断的进步，可能有助于声学辅助设备的小型化。此外，它可能会激发出具有成本效益的声学传感解决方案，并为声学研究和应用在各个领域开辟新的方向。
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