CN106199518A - 一种声源方位角定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声源方位角定位方法，使用传声器组来进行声源定位，传声器组包括两个心形指向性传声器，两个心形指向性传声器对向布置，设声源的平面方位角为θ，声源在两个心形指向性传声器中心点处的声压为p_r，其中两个心形指向性传声器的指向性函数分别为D₁＝0.5+0.5cosθ，D₂＝0.5+0.5cos(θ‑π)，则两个心形指向性传声器获得的声压分别为p₁＝p_r·D₁，p₂＝p_r·D₂，p₁和p₂通过声压测量设备测量可知，联立上式求解，则可以定位出声源的平面方位角θ。本发明通过心形指向性传声器的指向性特性来测量声源的平面方位角，不仅测量方法简单易操作，而且所需要的传声器数目也大大下降，测量精准度也有了很大的提高，有十分良好的应用前景。

Description

一种声源方位角定位方法

技术领域

本发明涉及一种声源定位方法，特别是一种声源方位角定位方法。

背景技术

在机械设备故障诊断中，噪声源的识别都是非常重要的。现有的噪声源识别有声强法、传声器阵列法等。声强法使用一个声强探头，但需要多次测量，效率较低。传声器阵列法需要布置大量的传声器，成本高，体积大。目前基于传声器阵列的噪声源识别研究较多的，一般采用信号延时和幅度差估计噪声源位置，过程十分复杂麻烦。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种操作方法简单并且可以有效减少传声器数目的声源平面方位角定位方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：一种声源方位角定位方法，使用传声器组来进行声源定位，传声器组包括两个心形指向性传声器，两个心形指向性传声器对向布置，设声源的平面方位角为θ，声源在两个心形指向性传声器中心点处的声压为p_r，其中两个心形指向性传声器的指向性函数分别为D₁＝0.5+0.5cosθ，D₂＝0.5+0.5cos(θ-π)，则两个心形指向性传声器获得的声压分别为p₁＝p_r·D₁，p₂＝p_r·D₂，p₁和p₂通过声压测量设备测量可知，联立上式求解，则可以定位出声源的平面方位角θ。

进一步，当需要定位的声源为两个时，传声器组包括四个心形指向性传声器，此时应用的公式为其中p₁为心形指向性传声器获得的声压值通过测量设备测量可知，p_r1，p_r2为两个声源在心形指向性传声器处的声压值，θ₁，θ₂为两个声源的平面方位角，α₁为心形指向性传声器的轴向角，轴向角是指心形指向性传声器与X轴正方向的夹角,式中，p_r1，p_r2，θ₁，θ₂为未知变量，联立四个心形指向性传声器的方程即可定位出两个声源的平面方位角θ₁和θ₂。一个传声器组测出两个平面方位角θ，无法确定具体的平面方位角，因此本发明通过两个传声器组测出具体的平面方位角θ。

进一步，中心点是指到一个传声器组中两个心形指向性传声器的距离相等的点。本发明这样设置可以使得两个心形指向性传声器获得的声压p_r相等，减少未知量的个数，便于方程组的求解。

进一步，通过两个传声器组进行定位，两个传声器组的中心点相同，每个传声器组对同一个声源均是定位出两个平面方位角θ，两个传声器则定位出四个平面方位角θ，其中有两个平面方位角θ重合，则这个重合的平面方位角θ即是声源的平面方位角。

进一步，两个传声器组垂直布置。由于每个传声器均有较灵敏的角度测量范围，本发明这样布置可以使得四个传声器的灵敏测量范围均匀分布，有利于提高声源的定位准确度。

进一步，所有传声器组独立工作互不影响。本发明的每个传声器组均独立工作互不影响，这样即使一个传声器组计算失误，也不会影响其它传声器组，如果两个传声器组的计算出现了明显的误差，则肯定定位过程出现了失误或者设备出现了问题，应该立即停止工作，进行全面的排查。

进一步，需要定位的声源为N个时，传声器组包括2N个心形指向性传声器。本发明可以根据实际需要增加传声器组的心形指向性传声器的数目来实现多个声源的定位。

本发明的有益效果是：本发明是一种声源方位角定位方法，本发明通过心形指向性传声器的指向性特性来测量声源的位置，不仅测量方法简单易操作，而且所需要的传声器数目也大大下降，测量精准度也有了很大的提高，有十分良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的第一实施例；

图2是本发明的第二实施例；

图3是本发明的第三实施例。

具体实施方式

图1是本发明的第一实施例，如图1所示，一种声源方位角定位方法，使用传声器组1来进行声源定位，传声器组1包括两个心形指向性传声器2，两个心形指向性传声器2对向布置，设声源的平面方位角为θ，声源在两个心形指向性传声器2中心点3处的声压为p_r，其中两个心形指向性传声器2的指向性函数分别为D₁＝0.5+0.5cosθ，D₂＝0.5+0.5cos(θ-π)，则两个心形指向性传声器2获得的声压分别为p₁＝p_r·D₁，p₂＝p_r·D₂，p₁和p₂通过声压测量设备测量可知，联立上式求解，则可以定位出声源的平面方位角θ。本发明的中心点3是指到一个传声器组1中两个心形指向性传声器2的距离相等的点。本发明这样设置可以使得两个心形指向性传声器2获得的声压p_r相等，减少未知量的个数，便于方程组的求解。

此时两传声器的灵敏度为

$L_p=20\lg \frac{p_1}{p_2}=20\lg \frac{0.5+0.5cos\mathrm{\θ}}{0.5+0.5cos(\mathrm{\π}-\mathrm{\θ})}=20lg\frac{1+cos\mathrm{\θ}}{1-cos\mathrm{\θ}}dB$

根据上面的计算公式可知，可见当点声源在靠近两传声器水平方向时，传声器组11的灵敏度较高，因此识别度高，而靠近两传声器垂直方向时，灵敏度较低，识别度差。对置布置的两个传声器只能识别平面方位角0°到180°的范围，存在虚影。

图2是本发明的第二实施例，如图2所示，一种声源方位角定位方法，通过两个传声器组1进行定位，两个传声器组1的中心点3相同，由于每个传声器组1均是定位出两个平面方位角θ，两个传声器则可以定位出四个平面方位角θ，其中有两个平面方位角θ重合，则这个重合的平面方位角θ即是声源的平面方位角。一个传声器组1测出两个平面方位角θ，无法确定具体的平面方位角，因此本发明通过两个传声器组1测出具体的平面方位角θ。本发明的两个传声器组1垂直布置。由于每个传声器均有较灵敏的角度测量范围，本发明这样布置可以使得四个传声器的灵敏测量范围均匀分布，有利于提高声源的定位准确度。本发明的所有传声器组1独立工作互不影响。本发明的每个传声器组1均独立工作互不影响，这样即使一个传声器组1计算失误，也不会影响其它传声器组1，如果两个传声器组1的计算出现了明显的误差，则肯定定位过程出现了失误或者设备出现了问题，应该立即停止工作，进行全面的排查。

图3是本发明的第三实施例，如图3所示，一种声源方位角定位方法，当需要定位的声源为两个时，传声器组1包括四个心形指向性传声器2，此时应用的公式为其中p₁为心形指向性传声器2获得的声压值通过测量设备测量可知，p_r1，p_r2为两个声源在心形指向性传声器2处的声压值，θ₁，θ₂为两个声源的平面方位角，α₁为心形指向性传声器2的轴向角，轴向角是指心形指向性传声器2与X轴正方向的夹角,式中，p_r1，p_r2，θ₁，θ₂为未知变量，联立四个心形指向性传声器2的方程即可定位出两个声源的平面方位角θ₁和θ₂。一个传声器组测出两个平面方位角θ，无法确定具体的平面方位角，因此本发明通过两个传声器组测出具体的平面方位角θ。当需要定位的声源为N个时，传声器组1包括2N个心形指向性传声器2。本发明可以根据实际需要增加传声器组的心形指向性传声器的数目来实现多个声源的定位。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种声源方位角定位方法，其特征在于：使用传声器组(1)来进行声源定位，传声器组(1)包括两个心形指向性传声器(2)，两个心形指向性传声器(2)对向布置，设声源的平面方位角为θ，声源在两个心形指向性传声器(2)中心点(3)处的声压为p_r，其中两个心形指向性传声器(2)的指向性函数分别为D₁＝0.5+0.5cosθ，D₂＝0.5+0.5cos(θ-π)，则两个心形指向性传声器(2)获得的声压分别为p₁＝p_r·D₁，p₂＝p_r·D₂，p₁和p₂通过声压测量设备测量可知，联立上式求解，则可以定位出声源的平面方位角θ。

2.根据权利要求1所述的一种声源方位角定位方法，其特征在于：当需要定位的声源为两个时，传声器组(1)包括四个心形指向性传声器(2)，此时应用的公式为其中p₁为心形指向性传声器(2)获得的声压值通过测量设备测量可知，p_r1，p_r2为两个声源在心形指向性传声器(2)处的声压值，θ₁，θ₂为两个声源的平面方位角，α₁为心形指向性传声器(2)的轴向角，轴向角是指心形指向性传声器(2)与X轴正方向的夹角,式中，p_r1，p_r2，θ₁，θ₂为未知变量，联立四个心形指向性传声器(2)的方程即可定位出两个声源的平面方位角θ₁和θ₂。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种声源方位角定位方法，其特征在于：中心点(3)是指到一个传声器组(1)中两个心形指向性传声器(2)的距离相等的点。

4.根据权利要求1或2任一所述的一种声源方位角定位方法，其特征在于：通过两个传声器组(1)进行定位，两个传声器组(1)的中心点(3)相同，每个传声器组(1)对同一个声源均是定位出两个平面方位角θ，两个传声器则定位出四个平面方位角θ，其中有两个平面方位角θ重合，则这个重合的平面方位角θ即是声源的平面方位角。

5.根据权利要求4所述的一种声源方位角定位方法，其特征在于：两个传声器组(1)垂直布置。

6.根据权利要求4所述的一种声源方位角定位方法，其特征在于：所有传声器组(1)独立工作互不影响。

7.根据权利要求2所述的一种声源方位角定位方法，其特征在于：需要定位的声源为N个时，传声器组(1)包括2N个心形指向性传声器(2)。