CN112129403A - 一种基于声阵列的噪声测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声阵列的噪声测量系统，包括可调节式安装盘、可调节式支撑架、在线检测主机和多个传声器；所述可调节式安装盘安装在可调节式支撑架上；所述可调节式支撑架能够根据测量对象的高度及角度调节可调节式安装盘的高度及角度；所述可调节式安装盘上安装有多个传声器，多个传声器呈阵列排列，该可调节式安装盘能够根据需要调整其形状进而改变传声器的阵列组合形状及数量；所有传声器与在线检测主机有线连接，通过在线检测主机对传声器采集的噪声信息进行噪声分析，从而实现对噪声源的识别与定位。本发明能够有效解决现有的噪声测量系统测量精度低、测量范围小、通用性差、移动困难的问题。

Description

一种基于声阵列的噪声测量系统

技术领域

本发明涉及工程设备噪声测试的技术领域，尤其是指一种基于声阵列的噪声测量系统。

背景技术

在科研工程应用中，声源定位技术可以分为两大类，即声阵列(传声器阵列或麦克风阵列)声源定位和声强探头声场测试。基于声阵列的声源定位算法划分为三类：一是基于波束形成的方法；二是基于高分辨率谱估计的方法；三是基于声达时延差的方法；结构上划分为规则几何形状的阵列和非常规阵列，规则几何形状阵列包括线性阵列，十字形阵列，圆形阵列，螺旋形阵列等，不规则阵列类型可以根据需要设计制作，声阵列声源定位因为算法与结构的多样性得到广泛应用。

现有阵列由于结构固定，在噪声测量过程中受到传声器间距、传声器空间位置、阵列孔径大小、传声器数目等因素的影响，无法适应测试环境的改变以及测量对象多样性的要求；声信号的抗干扰能力较差，尤其在相干声场中，其测点位置不易选择；若测点选择不当，局部声学特征对声源不敏感；若声源的声信号被干扰源的声信号湮没，则无法保证测量的准确性。

基于声阵列测量技术，通过测量一定空间内的声波到达各传声器的信号相位差异，依据相控阵原理确定声源的位置，测量声源的幅值，并以图像的方式显示声源在空间的分布，将声音变换成人眼可见的图像技术可以帮助人们直观地认识声场、声波、声源，便捷地了解机器设备产生噪声的部位和原因，然而实际测量过程中传声器阵列设备也存在保证精确测量时使用范围小，不具有普适性，移动困难，测量定位麻烦。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于声阵列的噪声测量系统，能够有效解决现有的噪声测量系统测量精度低、测量范围小、通用性差、移动困难的问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于声阵列的噪声测量系统，包括可调节式安装盘、可调节式支撑架、在线检测主机和多个传声器；所述可调节式安装盘安装在可调节式支撑架上；所述可调节式支撑架能够根据测量对象的高度及角度调节可调节式安装盘的高度及角度；所述可调节式安装盘上安装有多个传声器，多个传声器呈阵列排列，该可调节式安装盘能够根据需要调整其形状进而改变传声器的阵列组合形状及数量；所有传声器与在线检测主机有线连接；通过在线检测主机对传声器采集的噪声信息进行噪声分析并绘制声场分布图，通过使用特征提取和模式识别技术对声像进行处理，提取测量对象工作过程中声场分布的声像特征，进而对噪声源进行识别与定位。

进一步，所述可调节式安装盘包括轮毂、套管、安装杆和传声器安装架；所述轮毂的中心处加工有螺纹孔；所述套管的一端通过螺纹孔与轮毂相连接，其另一端用于与可调节式支撑架相连接；所述安装杆有多个，并呈放射状分布于轮毂外围，该安装杆为可伸缩的多节杆，每个节杆均设有用于对上一节杆进行固定的锁定旋钮；所述传声器安装架包括多个同心设置的同心环，所述同心环为韧性镁铝合金件，并由两个半圆组成，能够根据需要调整其形状；多个同心环的直径依次递增，且该多个同心环以轮毂的圆心为中心并通过固定卡槽装于安装杆上；每个同心环沿其周向均布有多个用于安装传声器的安装端口，且每个同心环上安装端口的数量随其直径增大而增多；通过外侧的同心环增大传声器阵列的孔径，进而提高传声器阵列的分辨率；通过内侧的同心环减小阵元间距，提高声源的识别效果。

进一步，所述套管上安装有声学相机，所述声学相机与在线检测主机有线连接。

进一步，所述可调节式支撑架包括三脚架、支撑杆、云台和配重钩；所述三脚架的顶部设有用于调节三个支撑腿撑开角度大小的调节机构；三个支撑腿为可伸缩的多节杆，每个节杆均设有用于对上一节杆进行固定的锁定旋钮；所述支撑杆固定于三脚架的中心处，该支撑杆为可调整高度的多节支撑杆；所述云台安装于支撑杆的顶部，用于与可调节式安装盘的套管相连接，通过云台能够调整可调节式安装盘的角度或方向；所述配重钩设于支撑杆的底部，通过悬挂合适的配重保证可调节式支撑架的稳定。

进一步，所述三脚架的三个支撑腿的底部均安装有拆卸式锥形脚垫或马蹄形脚垫。

进一步，所述云台包括底座、水平旋转调节机构、竖直旋转调节机构和固定夹；所述底座上带有刻度尺；所述水平旋转调节机构转动设于底座上，并能够带动固定在云台上的可调节式安装盘在水平方向360度旋转；所述竖直旋转调节机构转动设于水平旋转调节机构上，并能够带动固定在云台上的可调节式安装盘以水平线为0°，在竖直方向±90°范围内旋转；所述固定夹设于竖直旋转调节机构上，且所述固定夹与可调节式安装盘的套管相连接，并通过其上的锁紧旋钮进行锁定。

进一步，所述云台上还设有双水平仪，所述双水平仪不随水平旋转调节机构和竖直旋转调节机构转动，通过双水平仪确保可调节式安装盘与测量对象的测量平面平行。

进一步，所述在线检测主机包括信号采集箱、计算主机和显示器；所述信号采集箱内的信号采集卡面板与传声器有线连接，用于采集传声器的电信号并进行信号处理；所述计算主机与信号采集箱有线连接，用于对传声器采集的噪声信息进行噪声分析并绘制声场分布图，通过使用特征提取和模式识别技术对声像进行处理，提取测量对象工作过程中声场分布的声像特征；所述显示器与计算主机有线连接，用于显示检测数据和分析结果，通过分析结果对噪声源进行识别与定位，识别出噪声源的来源。

进一步，所述信号采集箱内设有储存卡，用于在线检测主机与传声器通讯故障过程中的数据存储。

进一步，所述在线检测主机安装在仪器桌上，且所述仪器桌上加工有供信号采集箱、计算主机和显示器安装的凹槽，所述凹槽内设有吸盘，所述仪器桌的桌腿底部安装有增宽防滑垫。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

本发明的噪声测量系统通过传声器的阵列排列结构，扩大了声源频率的识别范围，提高了分辨率，定位准确，同时能够根据需要调整传声器阵列的形状及数量，提高系统的噪音测量精度；能够根据测量对象的高度及角度调节噪声测量系统，使系统通用性更好，适应不同的测量对象及工作环境；整体结构简单、便于移动、运输和安装。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的可调节式安装盘与传声器装配的结构示意图。

图3为本发明的可调节式安装盘的侧视图。

图4本发明的可调节式支撑架的结构示意图。

图5为本发明的云台的结构示意图。

图6为本发明的噪声测量的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例所述的基于声阵列的噪声测量系统，包括可调节式安装盘1、可调节式支撑架2、多个传声器3、在线检测主机和仪器桌5；所述可调节式安装盘1安装在可调节式支撑架2上，所述可调节式支撑架2能够根据测量对象的高度及角度调节可调节式安装盘1的高度及角度；所述可调节式安装盘1上安装有多个传声器3，传声器3为MEMS麦克风或工业传声器，具有集成度高、成本低、性能高等优点，多个传声器3呈阵列排列，该可调节式安装盘1能够根据需要调整其形状进而改变传声器3的阵列组合形状及数量；所有传声器3与在线检测主机有线连接；所述在线检测主机安装在仪器桌5上，所述仪器桌5上加工有供在线检测主机的信号采集箱401、计算主机402和显示器403安装的凹槽，所述凹槽内设有吸盘，所述仪器桌5的桌腿底部安装有增宽防滑垫501；本实施例通过进行噪声测量，主要包括辐射噪声、噪声频率特性分布、噪声源的识别与定位等内容，具体到对声源辐射特性的描述上，可以是声压级等声学指标，当设备运行状态改变时一般会引起声压的变化，由传声器3进行噪声数据测量，通过在线检测主机对传声器3采集的噪声信息进行噪声分析并绘制声场分布图，通过使用特征提取和模式识别技术对声像进行处理，提取测量对象工作过程中声场分布的声像特征，通过声纹特征对比，进而对噪声源进行识别与定位。

如图2、图3所示，所述可调节式安装盘1包括轮毂101、套管102、安装杆103和传声器安装架104；所述轮毂101的中心处加工有螺纹孔；所述套管102的一端通过螺纹孔与轮毂101相连接，其上并安装有声学相机6，其另一端用于与可调节式支撑架2相连接；所述安装杆103有多个，并呈放射状分布于轮毂101外围，该安装杆103为可伸缩的多节杆，每个节杆均设有用于对上一节杆进行固定的锁定旋钮；所述传声器安装架104包括多个同心设置的同心环，所述同心环为韧性镁铝合金件，该同心环由两个半圆组成，能够根据需要调整其形状；多个同心环的直径依次递增，且该多个同心环以轮毂101的圆心为中心并通过固定卡槽装于安装杆103上；每个同心环沿其周向均布有多个用于安装传声器3的安装端口1041，且每个同心环上安装端口1041的数量随其直径增大而增多，如最小同心环的直径为150mm，其上配有6个安装传声器3的安装端口1041，最大同心环的直径为3000mm，其上配有128个安装传声器3的安装端口1041；通过外侧的同心环增大传声器3阵列的孔径，进而提高传声器3阵列的分辨率，通过内侧的同心环减小阵元间距，提高声源的识别效果。

如图4所示，所述可调节式支撑架2包括三脚架201、支撑杆202、云台203和配重钩204；所述三脚架201的顶部设有用于调节三个支撑腿撑开角度大小的调节机构2012；该三个支撑腿为可伸缩的多节杆，每个节杆均设有用于对上一节杆进行固定的锁定旋钮2011，三个支撑腿的底部均安装有拆卸式锥形脚垫或马蹄形脚垫205；所述支撑杆202固定于三脚架201的中心处，该支撑杆202为可调整高度的多节支撑杆202；所述云台203安装于支撑杆202的顶部，用于与套管102相连接，通过云台203能够调整可调节式安装盘1的角度或方向；所述配重钩204设于支撑杆202的底部，通过悬挂合适的配重保证可调节式支撑架2的稳定。

如图5所示，所述云台203包括底座2031、水平旋转调节机构2032、竖直旋转调节机构2033和固定夹2034；所述底座2031上带有刻度尺；所述水平旋转调节机构2032转动设于底座2031上，并能够带动固定在云台203上的可调节式安装盘1在水平方向360度旋转；所述竖直旋转调节机构2033转动设于水平旋转调节机构2032上，并能够带动固定在云台203上的可调节式安装盘1以水平线为0°，在竖直方向±90°范围内旋转，且当向下旋转时，通过调节同心环的半圆间距，避免触碰支撑杆202；所述固定夹2034设于竖直旋转调节机构2033上，该固定夹2034与套管102相连接，并通过其上的锁紧旋钮进行锁定；另外，在云台203上还设置双水平仪2035，所述双水平仪2035不随水平旋转调节机构2032和竖直旋转调节机构2033转动，通过双水平仪2035确保可调节式安装盘1与测量对象的测量平面平行。

所述在线检测主机包括信号采集箱401、计算主机402和显示器403；所述信号采集箱401配有12块采集卡面板4011，选用A/D信号采集模块，同步采集多通道的传声器3的电信号并进行信号处理，每个通道都由依次相连的前置放大电路、带通滤波电路、可控增益放大电路、抗混叠滤波电路和AD变换器组成，同时多通道的信号调理与AD变换器由集成模拟前端AFE5808实现，单片AFE5808具有8个独立通道，除了针对单独的声音采集中需要关注的动态范围、位数、抗混叠滤波器、内置IEPE激励等要求外，信号采集箱401内置储存卡，用于在线检测主机与传声器3通讯故障过程中的数据存储，即当数据采集过程中在线检测主机与传声器3发生通讯故障时，此时传声器3的数据会存储在内置的储存卡中，当通讯恢复后即可进行数据回收，或数据采集完成取出储存卡进行数据拷贝；通过计算主机402对传声器3采集的噪声信息进行噪声分析并绘制声场分布图，通过使用特征提取和模式识别技术对声像进行处理，提取测量对象工作过程中声场分布的声像特征(包括视觉特征、统计特征、变换系数特征及代数特征)；所述显示器403与计算主机402有线连接，用于显示检测数据和分析结果，通过分析结果对噪声源进行识别与定位，识别出噪声源的来源，以便对噪声源进行分析，具体流程图详见图6。

当需要增加数据采集通道时，可以通过多个信号采集箱401串联，实现多通道测量。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：包括可调节式安装盘、可调节式支撑架、在线检测主机和多个传声器；所述可调节式安装盘安装在可调节式支撑架上；所述可调节式支撑架能够根据测量对象的高度及角度调节可调节式安装盘的高度及角度；所述可调节式安装盘上安装有多个传声器，多个传声器呈阵列排列，该可调节式安装盘能够根据需要调整其形状进而改变传声器的阵列组合形状及数量；所有传声器与在线检测主机有线连接；通过在线检测主机对传声器采集的噪声信息进行噪声分析并绘制声场分布图，通过使用特征提取和模式识别技术对声像进行处理，提取测量对象工作过程中声场分布的声像特征，进而对噪声源进行识别与定位。

2.根据权利要求1所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述可调节式安装盘包括轮毂、套管、安装杆和传声器安装架；所述轮毂的中心处加工有螺纹孔；所述套管的一端通过螺纹孔与轮毂相连接，其另一端用于与可调节式支撑架相连接；所述安装杆有多个，并呈放射状分布于轮毂外围，该安装杆为可伸缩的多节杆，每个节杆均设有用于对上一节杆进行固定的锁定旋钮；所述传声器安装架包括多个同心设置的同心环，所述同心环为韧性镁铝合金件，并由两个半圆组成，能够根据需要调整其形状；多个同心环的直径依次递增，且该多个同心环以轮毂的圆心为中心并通过固定卡槽装于安装杆上；每个同心环沿其周向均布有多个用于安装传声器的安装端口，且每个同心环上安装端口的数量随其直径增大而增多；通过外侧的同心环增大传声器阵列的孔径，进而提高传声器阵列的分辨率；通过内侧的同心环减小阵元间距，提高声源的识别效果。

3.根据权利要求2所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述套管上安装有声学相机，所述声学相机与在线检测主机有线连接。

4.根据权利要求1所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述可调节式支撑架包括三脚架、支撑杆、云台和配重钩；所述三脚架的顶部设有用于调节三个支撑腿撑开角度大小的调节机构；三个支撑腿为可伸缩的多节杆，每个节杆均设有用于对上一节杆进行固定的锁定旋钮；所述支撑杆固定于三脚架的中心处，该支撑杆为可调整高度的多节支撑杆；所述云台安装于支撑杆的顶部，用于与可调节式安装盘的套管相连接，通过云台能够调整可调节式安装盘的角度或方向；所述配重钩设于支撑杆的底部，通过悬挂合适的配重保证可调节式支撑架的稳定。

5.根据权利要求4所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述三脚架的三个支撑腿的底部均安装有拆卸式锥形脚垫或马蹄形脚垫。

6.根据权利要求4所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述云台包括底座、水平旋转调节机构、竖直旋转调节机构和固定夹；所述底座上带有刻度尺；所述水平旋转调节机构转动设于底座上，并能够带动固定在云台上的可调节式安装盘在水平方向360度旋转；所述竖直旋转调节机构转动设于水平旋转调节机构上，并能够带动固定在云台上的可调节式安装盘以水平线为0°，在竖直方向±90°范围内旋转；所述固定夹设于竖直旋转调节机构上，且所述固定夹与可调节式安装盘的套管相连接，并通过其上的锁紧旋钮进行锁定。

7.根据权利要求6所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述云台上还设有双水平仪，所述双水平仪不随水平旋转调节机构和竖直旋转调节机构转动，通过双水平仪确保可调节式安装盘与测量对象的测量平面平行。

8.根据权利要求1所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述在线检测主机包括信号采集箱、计算主机和显示器；所述信号采集箱内的信号采集卡面板与传声器有线连接，用于采集传声器的电信号并进行信号处理；所述计算主机与信号采集箱有线连接，用于对传声器采集的噪声信息进行噪声分析并绘制声场分布图，通过使用特征提取和模式识别技术对声像进行处理，提取测量对象工作过程中声场分布的声像特征；所述显示器与计算主机有线连接，用于显示检测数据和分析结果，通过分析结果对噪声源进行识别与定位，识别出噪声源的来源。

9.根据权利要求8所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述信号采集箱内设有储存卡，用于在线检测主机与传声器通讯故障过程中的数据存储。

10.根据权利要求8所述的基于声阵列的噪声测量系统，其特征在于：所述在线检测主机安装在仪器桌上，且所述仪器桌上加工有供信号采集箱、计算主机和显示器安装的凹槽，所述凹槽内设有吸盘，所述仪器桌的桌腿底部安装有增宽防滑垫。

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