CN102980647B - 一种噪声源识别定位测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种噪声源识别定位测试方法，采用如下步骤：（1）在主控计算机上设定测量参数和分析参数；（2）通过转动传声器阵列进行噪声源的声波扫描采集，并将获得的声信号转化为电信号，同时利用固定在传声器阵列上的光学摄像机获取声源的实时图像；（3）利用数据采集器获取步骤（2）中的电信号，将其传输至主控计算机；（4）主控计算机对步骤（3）中的电信号进行数据分析，并结合光学摄像机获取的图像形成并显示噪声源的声像图。本发明可以实现噪声源的快速识别与定位，相比较传统的噪声源识别技术可显著提升测试精度，快速、准确地解决复杂振动结构体的噪声测试。
Description
技术领域
本发明涉及声学技术领域，具体涉及一种噪声源识别定位测试方法。
背景技术
近年来，噪声源识别定位测试技术广泛应用于船舶、航天航空、汽车行业、家电行业、电厂车间等环境噪声检测及其他各种机械设备的噪声检测领域中，通过了解噪声源的位置分布及部分发声特性，为降低噪声提供理论依据，进而改进产品设计，改善产品的声辐射特性，取得减振降噪效果。传统的噪声源识别定位测试方法采用由一组在空间固定位置上分布的传声器组成的阵列对空间信号进行测量，然后对声场阵元信号进行测量和分析，得到声场中声源强度大小的相对值，实现噪声源的识别定位。
其中，空间阵列的临界频率 的定义如下：
其中c是声速， d是两个相邻阵元的距离，如果声源频率超过这个临界值，在波束图中将出现镜像,形成空间混叠，影响测量的分辨率。为避免空间混叠的现象，通常采取减小阵元间距的方法。在保持阵元孔径的前提下，减小阵元间距需要增多阵元个数，在实际应用中并不现实，效果也不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够减少空间混叠的高分辨率的噪声源识别定位测试方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的噪声源识别定位测试方法采用如下步骤：
（1）在主控计算机上设定测量参数和分析参数；
（2）通过转动传声器阵列进行噪声源的声波扫描采集，并将获得的声信号转化为电信号，同时利用固定在传声器阵列上的光学摄像机获取声源的实时图像；
（3）利用数据采集器获取步骤（2）中的电信号，将其传输至主控计算机；
（4）主控计算机对步骤（3）中的电信号进行数据分析，并结合光学摄像机获取的图像形成并显示噪声源的声像图。
进一步的，上述步骤中，步骤（2）中扫描采集方式为连续式采集或步距式扫描。
进一步的，在本方法实施时，所述光学摄像机固定在传声器阵列的中心处。
进一步的，在使用上述的噪声源识别定位测试方法时，主控计算机分别与数据采集器和光学摄像机之间连接，所述传声器阵列与数据采集器之间连接。
进一步的，在使用上述的噪声源识别定位测试方法时，在步骤（4）中数据分析所用的算法为频域波束形成算法。
本发明的积极效果如下：
本发明方法使用轮辐型传声器阵列，在测量过程中通过转动阵列，相当于在阵列的两根轮轴间按一定角度间隔均匀，插入一系列虚拟的轮轴，等效于加密后的真实阵列，进而增加了测量中阵元的个数，缩小了阵元间距，在适当的转速下，阵列旋转一周可获得均匀清晰的波束图，能够有效避免镜像的出现，从而有效抑制了空间混叠现象，在阵元个数相同的情况下，具有更高的分辨率，同时可根据需求改变阵列的阵型，满足不同测量目标需求。本发明可以通过一次测量识别定位噪声源，解决传统噪声源识别多次测试才能解决、甚至无法解决的振动噪声测试分析问题，可以快速、准确地解决复杂、高难度的声振系统测试。
附图说明
图1为本发明实施例1的传声器阵列的阵元坐标示意图；
图2为本发明实施例1的实施例传声器阵列的结构示意图；
图3为本发明实施例1的流程示意图；
图4为本发明实施例2的流程示意图；
具体实施方式
下面通过对比试验来说明本发明的积极效果。
一种噪声源识别定位测试方法，采用如下步骤：
（1）在主控计算机上设定测量参数和分析参数；
（2）通过转动传声器阵列进行噪声源的声波扫描采集，并将获得的声信号转化为电信号，同时利用固定在传声器阵列上的光学摄像机获取声源的实时图像；
（3）利用数据采集器获取步骤（2）中的电信号，将其传输至主控计算机；
（4）主控计算机对步骤（3）中的电信号进行数据分析，并结合光学摄像机获取的图像形成并显示噪声源的声像图。
所述步骤（2）中扫描采集方式为连续式采集或步距式扫描。
所述光学摄像机固定在传声器阵列的中心处。
所述主控计算机分别与数据采集器和光学摄像机之间连接，所述传声器阵列与数据采集器之间连接。
所述步骤（4）中数据分析所用的算法为频域波束形成算法。本算法首先将获得的电压数据转化为声压数据，再利用频域波束形成算法对其进行分析，获得聚焦面上的声源分布。将此声源分布绘制为二维云图形式，与摄像机获得的图像进行合并，最后获得噪声源的声像图。
本方法在具体使用的时候，分别使用传统阵列和本发明转动阵列对五个声源进行噪声源的识别定位测试，所使用的阵元直径和个数相同，在声源频率相同的情况下，比较各个阵型声源识别的效果。
在使用传统阵列测量时，在传统阵列识别中空间混叠现象非常明显，虚源的幅度已经接近甚至超过了真实声源的幅度；而使用本发明转动阵列测量时，识别效果中没有出现虚源，可以明显地区分出5个真实噪声源，对空间混叠现象的抑制效果非常显著。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1，本实施例的传声器阵列为带有五根轮轴1的车轮阵，每两根轮轴之间的夹角为72°，传声器1即阵元的个数为30，轮轴及阵元坐标图如图1所示，从图中看出，每个轮轴上编号相同的阵元点位于以阵列中心为圆心的不同的同心圆上。在实际设计本发明的外形结构的时候，考虑传声器阵列结构的稳定性和美观性，将传声器阵列设计成2个同心外环、内有一个五边形的形状，如图2所示。
在测试中，每隔6°进行一次数据的采集，则相当于在两根轮轴之间增加了十一根虚拟轮轴，使阵元个数变为360。
使用时传声器阵列固定在支架上，支架为标准三脚架，其应具有足够的刚度和稳定性，同时其结构形式应便于测试时的现场安装，且安装架截面积越小越有利于避免其对测试产生的干扰。光学摄像头采用高分辨率的数码相机，安装在传声器阵列的中心位置，数据采集器为32通道，分辨率为16或24，最大采样率在102.4kHz以上。
本实施例噪声源识别定位测试方法，采用如下步骤，其流程示意图如图3所示：
（1）在主控计算机上设定输入测量参数和分析参数，测试参数主要包括电机转动角度、采样间隔、传声器距声源聚焦面的距离；分析参数主要包括声源聚集面的尺寸及各聚焦点的坐标、分析频率或频段；
（2）启动传声器阵列的电机和数据采集器，在电机的带动下使阵列旋转，传声器开始对噪声源声波进行扫描采集，获得声信号并将其转化为电信号，与此同时光学摄像机获取声源的实时图像；
传声器阵列的扫描采集方式采用连续式扫描，即在扫描过程中，阵列连续转动，实现在转动过程中实时瞬间采集。采集时，主控计算机实时监控传声器阵列的位置，检测阵列的转动角度，当到达预设采集位置时，自动启动数据采集器获取电信号，完成数据采集；
（3）数据采集器获取步骤（2）中的电信号，将其传输至主控计算机；
（4）主控计算机对步骤（3）中的电信号采用频域波束形成算法进行数据分析，并结合通过光学摄像机获取的图像形成并显示噪声源的声像图。
实施例2：本发明的另一种实施方式。
本实施例与实施例1的不同之处在于，传声器阵列的扫描采集方式采用步距式扫描，即阵列每转过一个角度间隔时，停止转动，等待采集完成后再继续转动，完成数据的采集。本实施例的步骤流程示意图如图4所示。
以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种噪声源识别定位测试方法，其特征在于，采用如下步骤：
（1）在主控计算机上设定测量参数和分析参数；
（2）通过转动轮辐型传声器阵列进行噪声源的声波扫描采集，并将获得的声信号转化为电信号，同时利用固定在传声器阵列上的光学摄像机获取声源的实时图像；扫描采集方式为连续式采集或步距式扫描；
（3）利用数据采集器获取步骤（2）中的电信号，将其传输至主控计算机；
（4）主控计算机对步骤（3）中的电信号进行数据分析，并结合光学摄像机获取的图像形成并显示噪声源的声像图。
2.根据权利要求1所述的噪声源识别定位测试方法，其特征在于，所述光学摄像机固定在传声器阵列的中心处。
3.根据权利要求1所述的噪声源识别定位测试方法，其特征在于，所述主控计算机分别与数据采集器和光学摄像机之间连接，所述传声器阵列与数据采集器之间连接。
4.根据权利要求1所述的噪声源识别定位测试方法，其特征在于，所述步骤（4）中数据分析所用的算法为频域波束形成算法。
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