CN114034380A - 一种用于发动机台架的一维声学定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及声学定位技术领域，具体来说是一种用于发动机台架的一维声学定位方法，方法步骤如下：设置麦克风阵列；将发声器分别设置在发动机台架声源的上方；麦克风阵列会捕捉到发声器的白噪声信号，通过信号之间的互相关性原理，计算出声源位置到各个麦克风之间的距离差，从而产生一个距离差数组；对声源进行监控，通过麦克风阵列所测得波形进行针对步骤S3所测得数组进行前后位移并且叠加，通过比较各个点位置的声波，得出声源是从哪个位置发出的最大可能性；其优点在于：相对于传统的声源定位装置是在陌生的声场中对声源进行定位，本发明将声源点局限于发动机，中间轴承包和电力测功机三个目标中的一个，大大降低运算量。

Description

一种用于发动机台架的一维声学定位方法
技术领域
本发明涉及声学定位技术领域，具体来说是一种用于发动机台架的一维声学定位方法。
背景技术
机车在出厂或者维修时，操作人员会对发动机、变速箱和底盘等汽车底部零件进行检修和维护，上述操作步骤需要借助发动机台架完成。但是人员难以进入发动机台架，对于其中的声源判断比较困难。
通常的发动机实验台架都属于混响场，并没有做声学处理，因此，声学条件比较复杂，存在声波的反射干涉现象。
现有声学相机是在假设没有声波反射衍射等现象的情况下做出的声源定位。在复杂的室内环境中会有定位偏差，并且声学相机是在一个陌生声场中进行测量，声场中每一个点都有可能为声源，因此计算量相对来说非常大。
发明内容
本发明的目的在于对人员无法进入的发动机台架试验室进行初步的声源判断，在几个发声大件里将声源初步的筛选出来，从而为进一步的分析提供了依据。
为了实现上述目的，设计一种用于发动机台架的一维声学定位方法，发动机台架主要声源由发动机本体、中间轴承包和电力测功机三部分组成，其特征在于方法步骤如下：
S1、设置麦克风阵列；
S2、将发声器分别设置在发动机台架声源的上方；
S3、麦克风阵列会捕捉到发声器的白噪声信号，通过信号之间的互相关性原理，计算出声源位置到各个麦克风之间的距离差，从而产生一个距离差数组；
S4、对声源进行监控，通过麦克风阵列所测得波形进行针对步骤S3所测得数组进行前后位移并且叠加，通过比较各个点位置的声波，得出声源是从哪个位置发出的最大可能性。
本发明所述的声学定位方法还具有如下优选的技术方案：
1.发动机本体、中间轴承包和电力测功机处于同一直线上，麦克风阵列设置于垂直于这条直线的平面上。
2.麦克风阵列为同一直线设置的阵列。
3.发声器为手机发出全频段白噪声。
4.步骤S3方法具体如下：根据信号的互相关公式，R(τ)=（1/T）∫[f(t)g(t+τ)]dt，麦克风阵列中的第一麦克风为初始点位置，位移是0，那通过互相关公式计算，得知剩下麦克风采集的信号距离第一麦克风位置的位移差，这样就形成了一个距离数组。
5.步骤S4方法具体如下：根据步骤S3所测算出的距离数组对麦克风阵列所测量出的信号进行一定的位移操作，将位移操作后的若干数组相加再取积分，得出这个声源位于发动机台架其中一个位置的权值，将发动机台架三个位置的权值进行归一化处理，将三个权值全部除以其中一个，则得出了其中值为1的一个由三个元素组成的数组，三个元素组成的数组超过设定值时，判断为异响故障。
本发明同现有技术相比，其优点在于：相对于传统的声源定位装置是在陌生的声场中对声源进行定位，本发明将声源点局限于发动机，中间轴承包和电力测功机三个目标中的一个，大大降低运算量。
附图说明
图1是发动机太声源组成部分图；
图2是麦克风布置状态图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明为一种用于发动机台架的一维声学定位方法，
具体原理及步骤如下：
1.进行发动机台架的声源位置标定：
发动机台架主要声源由发动机本体，中间轴承包，电力测功机三部分组成，将发声器依次放在三个声源位置的上方，通过信号的互相关分析，可以知道在非声学台架的声源声场位置情况（这个里面自然包括了声的折射，反射等情况）。采用四个麦克风组成的一直线上的阵列布置，根据信号的互相关公式，R(τ)=（1/T）∫[f(t)g(t+τ)]dt，假设麦克风1为初始点位置，位移是0，通过互相关公式计算，可以得知剩下四个麦克风采集的信号距离麦克风1位置的位移差。这样就形成了一个距离数组，假设发动机到阵列的距离数组为（0，a1,a2,a3）,中间轴承包至麦克风阵列的距离数组是(0,b1,b2,b3)，电力测功机的距离数组为(0,c1,c2,c3)，这些数据在每个台架情况是不一样的，因为麦克风的安装位置，测功机发动机的位置布置都不一样，因此每一个台架数据都要重新预估测量，发声单源可以用手机发出全频段白噪声代替。
a1,……c3, 虽说是距离的位移值，其实就是信号进行的采样点位移，从左至右移动的采样点。距离发动机的距离数组（0,a1,a2,a3）, 将发声单元置于发动机上方后，麦克风1的位移值假设为0，麦克风2的位移值就是其采集的信号往前往后进行采样点间隔的位移，通过互相关公式可以得出，在位移第n个采样点后，互相关值最大，接近1，同样可以算出a2,a3……c3。
2.声源计算在声源位置标定后就可以进行声源监控的工作了， 四个麦克风在一个时间段内（50毫秒）分别采集一个信号数组序列，其为麦克风1的数组序列为（e1,e2,…,e1024）,麦克风数组2的数组序列为（f1,f2…f1024），麦克风3的数组序列为(g1,g2…g1024),麦克风4的数组序列为(h1,h2,…h1024),由于需要对所采集的信号向前，向后进行位移操作，因此取其中的1000个采样点进行计算，也就是麦克风1的数组序列采用(e12,e13…e1012),考虑到在步骤1所计算出的位移距离最大不会超过12个采样点，如果超过12个，要取更少的采样值，因为考虑到信号前后会进行位移计算。
假设声源位置为发动机的位置，可以根据步骤1所测算出的声源距离发动机距离数组(0,a1,a2,a3)对步骤2中4个麦克风所测量出的信号进行一定的位移操作，麦克风1的序列为中间值(e12,e13,…e1012),麦克风2的信号（f12,f13…f1012）会根据a1的值进行向前或者向后移动，比如如果a1的值为-2个采样点，那就将麦克风2所测得的数组向前位移个采样点变成(f10,f11,…f1010),同理如果a1的值为2个采样点，那就将麦克风2所测得的数组向后位移2个采样点，成为(f14,f15…f1014).同理可以处理麦克风3，4的信号数组，以此便可以得出4个数组，这4个数组是前提条件假设声源在发动机上所形成的。将这4个数组相加再取积分，得出假如这个声源位于发动机位置的一个权值，同理可以计算出假如声源位于中间轴承包和声源位于电力测功机位置的两个权值，以此便可得出三个权值，将三个权值进行归一化处理，将三个权值全部除以其中一个，则得出了其中值为1的一个由三个元素组成的数组。
3.作为异响故障判断的依据：
通常会根据经验判断，当步骤2中计算出的三个值超过一定的量时，会被认为是有异响故障，这个值是根据主观听觉以及经验所得出。
上述用到了四个麦克风，由于发动机中间轴承包以及测功机是处于同一个直线上，因此麦克风布置处于垂直于这条地面的平面上即可。

Claims (6)

1.一种用于发动机台架的一维声学定位方法，发动机台架主要声源由发动机本体、中间轴承包和电力测功机三部分组成，其特征在于方法步骤如下：
S1、设置麦克风阵列；
S2、将发声器分别设置在发动机台架声源的上方；
S3、麦克风阵列会捕捉到发声器的白噪声信号，通过信号之间的互相关性原理，计算出声源位置到各个麦克风之间的距离差，从而产生一个距离差数组；
S4、对声源进行监控，通过麦克风阵列所测得波形进行针对步骤S3所测得数组进行前后位移并且叠加，通过比较各个点位置的声波，得出声源是从哪个位置发出的最大可能性。
2.如权利要求1所述的一种用于发动机台架的一维声学定位方法，其特征在于发动机本体、中间轴承包和电力测功机处于同一直线上，麦克风阵列设置于垂直于这条直线的平面上。
3.如权利要求2所述的一种用于发动机台架的一维声学定位方法，其特征在于麦克风阵列为同一直线设置的阵列。
4.如权利要求1所述的一种用于发动机台架的一维声学定位方法，其特征在于发声器为手机发出全频段白噪声。
5.如权利要求1所述的一种用于发动机台架的一维声学定位方法，其特征在于所述步骤S3方法具体如下：根据信号的互相关公式，R(τ)=（1/T）∫[f(t)g(t+τ)]dt，麦克风阵列中的第一麦克风为初始点位置，位移是0，那通过互相关公式计算，得知剩下麦克风采集的信号距离第一麦克风位置的位移差，这样就形成了一个距离数组。
6.如权利要求1所述的一种用于发动机台架的一维声学定位方法，其特征在于所述步骤S4方法具体如下：根据步骤S3所测算出的距离数组对麦克风阵列所测量出的信号进行一定的位移操作，将位移操作后的若干数组相加再取积分，得出这个声源位于发动机台架其中一个位置的权值，将发动机台架三个位置的权值进行归一化处理，将三个权值全部除以其中一个，则得出了其中值为1的一个由三个元素组成的数组，三个元素组成的数组超过设定值时，判断为异响故障。
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