CN103226038A - 一种可拼拆式无浮线传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其技术特点是：包括中心模块、侧翼模块和阵元节点，中心模块和侧翼模块可拆卸安装在一起，阵元节点安装在中心模块和侧翼模块的前侧表面上并呈平面螺旋阵列分布，所述的中心模块和侧翼模块均由前面板、电路板层和后衬板组成，电路板层安装在前面板和后衬板之间，在中心模块的电路板层和侧翼模块的电路板层拼接处设有模块连接插头并相互插接在一起。本发明设计合理，其采用模块连接插头进行中心模块与侧翼模块之间电信号连接，克服了现有传感器阵列布线复杂、安装难度大、信号抗干扰能力差的问题，保证了信号质量，电气性能良好，并具有结构紧凑、刚性好、易于拆装组合、便于携带等特点。

Description

一种可拼拆式无浮线传感器阵列

技术领域

本发明属于声学与振动测量领域，尤其是一种可拼拆式无浮线传感器阵列。

背景技术

传感器阵列是指将多个声学或振动传感器接收单元在空间的分布排列，它按照某种平面或者立体几何形状，或有序或随机排列分布在支架上的声学探测装置，主要功能是计算空间声场或者振动场的能量分布，得到声场或者振动场的空间信息，确定出声源或振源的位置和强度，并且能够增强期望信号和抑制背景噪声和干扰源，因此广泛应用于工业中机器噪声控制和机器故障诊断中。

传感器阵列的便携性和可靠性是影响其推广和应用的重要因素。传感器阵列的尺寸大小与所需测量的机器噪声和振动的频率有关，由于机器噪声和振动的频率通常较低，因此要求传感器阵列具有较大的孔径尺寸，这样给传感器阵列的使用、运输、安装带来了困难。目前，市场上的产品如德国GiFi公司的平面圆环形阵列、丹麦B&K公司的平面螺旋阵列的尺寸都是固定的，为了解决使用便携性的问题，牺牲了阵列的孔径尺寸，一般都小于0.75m，这样影响了产品的性能。中国科学院声学研究所研制平面螺旋传感器阵列采用的折叠方式，使得阵列孔径得到增加，但是展开后的平整度难以得到保证，特别是信号线容易损坏，可靠性得不到保证。目前市场上的同类产品都面临信号线走线复杂的问题，每个传声器都需要线缆连接至采集设备上，由于传声器数目众多，比如64元或128元甚至更多，不仅线缆布线错综复杂、安装难度大、故障风险大，而且增加阵列的重量，影响美观，更重要的是线缆连接的可靠性较差，长期使用线缆的连接插件会经常出现问题，电气性能的可靠性差。

综上所述，现有的传感器阵列必须要在阵体尺寸、使用和运输方便携性方面做一些妥协，从而影响了产品的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、性能稳定、便于安装与携带的可拼拆式无浮线传感器阵列。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种可拼拆式无浮线传感器阵列，包括中心模块、侧翼模块和阵元节点，中心模块和侧翼模块可拆卸安装在一起，阵元节点安装在中心模块和侧翼模块的前侧表面上并呈平面螺旋阵列分布，所述的中心模块和侧翼模块均由前面板、电路板层和后衬板组成，电路板层安装在前面板和后衬板之间，在中心模块的电路板层和侧翼模块的电路板层侧面设有模块连接插头并相互插接在一起。

而且，所述中心模块前侧的中心位置安装一用于摄录视频图像的摄像头。

而且，所述中心模块后侧的中心位置安装一主支撑盘，该主支撑盘连接有四个斜拉杆，四个斜拉杆的另一端安装在中心模块后侧的四个边角处。

而且，所述中心模块和侧翼模块均为镂空结构，且中心模块和侧翼模块均由非金属材料制成。

而且，所述侧翼模块的数量为一至四个；当侧翼模块的数量为四个时，阵元节点数量为64个，所述的阵元节点分布在以中心点为圆心的八条逆时针旋转的螺线上，其中，中心模块上安装12个阵元节点，每个侧翼模块上安装13个阵元节点。

而且，所述的中心模块和侧翼模块的安装方式为：中心模块和侧翼模块的两端分别通过两个模块拼接扣可拆卸安装在一起。

而且，所述前面板、电路板层和后衬板通过模块叠合连接杆和固定钉梢固定在一起。

而且，所述的模块连接插头是一种DB37型插头和插座，该模块连接插头将中心模块与侧翼模块之间的信号线连接在一起。

而且，所述的阵元节点包括测量传声器、振动传感器或咪头，所述的测量传声器和振动传感器通过阵元底座放大器安装在前面板上，所述的咪头直接安装电路板层上。

而且，所述的电路板层包括多路音频信号采集卡、视频信号采集卡、USB集线器，该多路音频信号采集卡与电路板层采用插座形式实现与阵元节点相连接进行音频信号采集，该视频信号采集卡与摄像头相连接进行视频信号采集，多路音频信号采集卡及视频信号采集卡连接到USB集线器上，该USB集线器通过USB线与计算机相连接进行数据通信。

本发明的优点和积极效果是：

1、本传感器阵列采用模块连接插头进行中心模块与侧翼模块之间电信号连接，克服了现有传感器阵列布线复杂、安装难度大、信号抗干扰能力差的问题，保证了信号质量，减少了操作中的差错，电气性能好。

2、本传感器阵列的中心模块和侧翼模块之间通过模块拼接扣相连接并通过中心模块背后的斜拉杆与一个主支撑盘构成具有良好刚性的平面型传感器阵列，同时，中心模块与侧翼模块均采用三层叠合形式构成并通过模块叠合连接杆和固定钉梢固定在一起，保证了传感器阵列具有足够的刚性。

3、本传感器阵列可根据不同的应用场合安装相应数量的侧翼模块，构成不同形式的传感器阵列，满足了不同应用场合的需要。

4、本传感器阵列可以采用三类不同的传感器，包括1/2英吋测量传声器、振动传感器和咪头分别用于测量机器设备噪声、机器设备振动、音频声波。

5、本传感器阵列的中心模块和侧翼模块均采用镂空结构，减少了阵列结构的占空比，可减少对声场的影响。

6、本传感器阵列的中心模块和侧翼模块采用非金属材料制成，如环氧树脂板制做，其与全金属材料制成的阵列相比，其质量可减轻1/2，且整体刚性不会降低。

7、本传感器阵列的侧翼模块可以从中心模块拆卸后平行叠放置一个包装箱内，便于携带运输。

图说明

图1是本发明的结构示意图（后侧视图）；

图2是本发明的结构示意图（前侧视图）；

图3是本发明的中心模块的镂空结构示意图；

图4是本发明的侧翼模块的镂空结构示意图；

图5是本发明的电路板层、前面板、后衬板三层结构示意图；

图6是本发明的电路原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种可拼拆式无浮线传感器阵列，如图1及图2所示，包括中心模块1和四个侧翼模块2，所述的中心模块和侧翼模块均为镂空结构并由非金属材料制成，在中心模块的的四个边角处通过八个模块拼接扣3与四个侧翼模块连接构成具有良好刚性的平面型传感器阵列，中心模块与四个侧翼模块通过模块拼接扣可以方便地进行分离和拼装。如图3及图4所示，所述的模块拼接扣为一种双向扣，可以从正反两面同时扣紧，从而使中心模块与四个侧翼模块得到足够的刚性。在中心模块后侧的中心位置安装有主支撑盘17，该主支撑盘连接有四个斜拉杆18，四个斜拉杆的另一端安装在中心模块后侧的四个边角处，主支撑盘和四个斜拉杆起到固定支撑作用。在中心模块前侧的中心位置安装有摄像头12用于视频信号采集，在中心模块及四个侧翼模块的前侧共设有64个阵元节点6（或者更多阵元），所有阵元节点呈8条完全一样的螺线形式，形成了一个平面螺旋阵列。其中，中心模块上安装了12个阵元节点，每个侧翼模块上安装了13个阵元节点。

如图5所示，中心模块和四个侧翼模块均由电路板层8、前面板9和后衬板10组合而成的，电路板层设置在前面板和后衬板之间并通过模块叠合连接杆5和固定钉梢11固定在一起，在中心模块的电路板层和四个侧翼模块的电路板层侧面设有模块连接插头4，所述的模块连接插头是一种DB37型插头和插座，共有8对，通过模块连接插头可以将中心模块与四个侧翼模块之间的信号线连接在一起。阵元节点安装在前面板上，阵元节点包括三类阵元传感器，第一类是1/2英吋金属膜电容式测量传声器，该类传声器通过螺纹安装在带阻输入的放大器的阵元底座放大器7，该阵元底座放大器安装在前面板上形成了对机器噪声测量的传感器阵列，该类传感器主要用于测量噪声源的位置和分布，如监测机器运行的工况；第二类是1/2英吋振动传感器，该类传感器通过螺纹安装在带阻输入的放大器的阵元底座放大器上，该阵元底座放大器安装在前面板上，形成了振动传感器阵列，该类传感器主要用于测量振动源的位置和分布，如监测机器运行的工况；第三类是咪头，当阵元传感器采用咪头时，不需要用阵元底座放大器，而是直接将咪焊接到电路板上的输入端，在阵元节点处的电路设有一个放大器，形成了一种语音信号拾取的阵列，该类传感器主要用于语音频段声源的的位置和分布，如说话人监听，音频声场测量分析等。

所述的电路板层包括多路音频信号采集卡13、视频信号采集卡14、USB集线器15，如图6所示，该多路音频信号采集卡采用64路音频信号采集卡,该64路音频信号采集卡与电路板层采用插座形式实现与阵元节点相连接进行音频信号采集，避免了表面安装浮线带来的问题；该视频信号采集卡与摄像头与相连接进行视频信号采集，多路音频信号采集卡及视频信号采集卡连接到USB集线器上；多路音频信号采集卡及视频信号采集卡连接到USB集线器上，该USB集线器通过USB线16与计算机相连接进行数据通信。

上述实施例是以一个中心模块和四个侧翼模块为例进行说明，实际上可以根据不同的应用场合，可以采用一个中心模块和少量侧翼模块组合，以适合于空间受限的情况下使用，虽然阵元数量少，但是同样可以作为阵列进行使用，只是在完成与大阵同样的功能时精度降低，分离度变差而已。增加或者减少中心模块和侧翼模块上的阵元数量无疑可以得到不同的阵列布局。

本传感器阵列的侧翼模块可以从中心模块拆卸后可以平行叠装，并通过螺钉固定，一个直径1m的阵列的所有模块可以重叠后安放到一个30cm×40cm×52cm的包装箱内，便于携带运输，组合直径1m的阵列拆分重叠组装后包装箱尺寸约52cm,方便携带运输。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，如阵元节点数量可以是36、48、80等其他数量，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：包括中心模块、侧翼模块和阵元节点，中心模块和侧翼模块可拆卸安装在一起，阵元节点安装在中心模块和侧翼模块的前侧表面上并呈平面螺旋阵列分布，所述的中心模块和侧翼模块均由前面板、电路板层和后衬板组成，电路板层安装在前面板和后衬板之间，在中心模块的电路板层和侧翼模块的电路板层侧面设有模块连接插头并相互插接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述中心模块前侧的中心位置安装一个用于摄录视频图像的摄像头。

3.根据权利要求1所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述中心模块后侧的中心位置安装一主支撑盘，该主支撑盘连接有四个斜拉杆，四个斜拉杆的另一端安装在中心模块后侧的四个边角处。

4.根据权利要求1所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述中心模块和侧翼模块均为镂空结构，且中心模块和侧翼模块均由非金属材料制成。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述侧翼模块的数量为一至四个；当侧翼模块的数量为四个时，阵元节点数量为64个，所述的阵元节点分布在以中心点为圆心的八条逆时针旋转的螺线上，其中，中心模块上安装12个阵元节点，每个侧翼模块上安装13个阵元节点。

6.根据权利要求1至4任一项所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述的中心模块和侧翼模块的安装方式为：中心模块和侧翼模块的两端分别通过两个模块拼接扣可拆卸安装在一起。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述前面板、电路板层和后衬板通过模块叠合连接杆和固定钉梢固定在一起。

8.根据权利要求1至4任一项所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述的模块连接插头是一种DB37型插头和插座，该模块连接插头将中心模块与侧翼模块之间的信号线连接在一起。

9.根据权利要求1至4任一项所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述的阵元节点包括测量传声器、振动传感器或咪头，所述的测量传声器和振动传感器通过阵元底座放大器安装在前面板上，所述的咪头直接安装电路板层上。

10.根据权利要求2所述的一种可拼拆式无浮线传感器阵列，其特征在于：所述的电路板层包括多路音频信号采集卡、视频信号采集卡、USB集线器，该多路音频信号采集卡与电路板层采用插座形式实现与阵元节点相连接进行音频信号采集，该视频信号采集卡与摄像头相连接进行视频信号采集，多路音频信号采集卡及视频信号采集卡连接到USB集线器上，该USB集线器通过USB线与计算机相连接进行数据通信。

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