CN201369806Y - 一种球形传声器阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种球形传声器阵列，包括支架和安装在所述支架上的传声器；其特征在于，所述支架为球形刚性支架，由边长相等的12个正五边形和20个正六边形组成，形成60个节点。本实用新型具有如下优点：本实用新型结构简单可靠，每个节点处连接的支架臂数量少，对声场影响小，有利于提高探测精度；本实用新型采用全刚性结构，稳固可靠，避免了由于软连接所造成的有效孔径变化而带来的误差；本实用新型所包含的阵元传声器数量多，信息采集量大，定位精度高，定位范围广。

Description

一种球形传声器阵列

技术领域

本实用新型涉及声学测量传声器阵列，具体地说，本实用新型涉及一种球形传声器阵列。

背景技术

传声器阵列是一种将多个传声器按照某种几何形状分布组合而成的声学探测装置，该装置结合信号处理软件可以对多声源同步检测，并能检测声源的空间信息，广泛应用于现代声学测量的各个领域(如助听器、电话会议系统、计算机终端设备等)，能够实现语音增强、声源定位、声成像检测、机器噪声故障诊断、远距离监测监听等功能。在声学探测设备中通常使用直线分布型传声器阵列或者平面分布型传声器阵列。直线形传声器阵列上的阵元位于一条直线上，具有多种分布形式但只能对阵列所在直线为界的半个平面进行定位。平面形传声器阵列，阵列单元位于一个平面上，具有多种分布形式，可以在整个平面对目标进行定位，也可以对阵列所在平面为界的半个空间进行定位，但不能对整个空间定位。球形传声器阵列是一种按三维空间分布的结构，其传声器单元位于球形结构的表面，具有多种分布形式。球形传声器阵列对三维空间的探测具有各向同性的特点，无探测盲区。

已有的球形阵列一般用多个三角形组合而成。如B&K公司的一种球形阵列的基本组合单元就是三角形。这种传声器阵列每个节点有至少10根软线牵拉并用胶固化的支架臂连接，复杂度高，这种结构对声场影响较大，探测精度降低。另有日本设计的一种软线连接式球形传声器阵列，阵元数量为48。该阵列的基本组合单元也是三角形，同样存在上述问题。另外，由于球形传声器阵列上的阵元之间采用软连接，结构不稳定，阵元位置误差较大，使得球形传声器阵列的有效孔径容易变化，影响探测精度。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提供一种结构稳定、探测精度高的球形传声器阵列。

为实现上述实用新型目的，本实用新型提供的球形传声器阵列，包括支架和安装在所述支架上的传声器；其特征在于，所述支架为球形的刚性支架，由边长相等的12个正五边形和20个正六边形组成，形成60个节点。

上述技术方案中，所述传声器安装在所述刚性支架的每个节点处。

上述技术方案中，所述传声器安装在所述刚性支架的每个支架臂的中点处。

上述技术方案中，还包括支撑杆，所述支撑杆位于所述球形刚性支架的轴线上，并通过刚性连接杆与所述轴线所穿过的两个正五边形或两个正六边形连接固定。

上述技术方案中，所述球形刚性支架的支架臂的直径为1.9mm～2.1mm。

上述技术方案中，所述球形刚性支架的节点处设有安装座，所述安装座通过安装杆与所述传声器连接。

上述技术方案中，所述球形刚性支架的支架臂中点处设有安装座，所述安装座通过安装杆与所述传声器连接。

上述技术方案中，所述安装杆为螺杆。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

1、本实用新型结构简单可靠，每个节点处连接的支架臂数量少，对声场影响小，有利于提高探测精度。

2、本实用新型的一些实施例中支架采用全刚性结构，稳固可靠，避免了由于软连接所造成的有效孔径变化而带来的误差。

3、本实用新型的一些实施例可以方便地通过安装座处的杆状物调节阵列的有效孔径。

4、本实用新型的结构可以采用细支架臂，有利于提高探测精度。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中：

图1是本实用新型一个实施例的球形传声器阵列结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例中阵元传声器与传声器安装座的安装示意图；

图3a是本实用新型一个实施例中组成球形传声器阵列的基本单元正五边形结构示意图；

图3b是本实用新型一个实施例中组成球形传声器阵列的基本单元正六边形结构示意图；

图4是本实用新型另一个实施例的球形传声器阵列结构示意图；

图5是本实用新型的球形传声器阵列的数据处理系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地描述。

实施例1

本实施例提供了一种由边长相等的正五边形和正六边形为基本单元结构组合的类似足球表面轮廓的球形传声器阵列。本实施例的球形传声器阵列包括球形刚性支架、支撑杆和传声器。

如图1、3a、3b所示，所述球形刚性支架是由边长完全相等的12个五边形和20个六边形组成的。支架上有60个节点，每个节点上安装一个传声器，组成60个阵元的球形传声器阵列。如图1所示，本实施例的正五边形1(由A、B、C、D、E节点连接组成)与正六边形2(由F、G、H、I、J、K节点连接组成)交替组合成球形结构，具体地说本实施例中每个五边形周围临接五个六边形，每个六边形周围临接三个六边形和三个五边形，并且所述三个六边形和三个五边形交替临接。本实施例中，每个节点有3个支架臂连接。所有支架臂长度相等，支架臂长度与球形刚性支架的直径的比值是1∶5.2508。改变支架臂长度就可以改变所述球形刚性支架的直径大小，但是球形刚性支架的结构形式不变，且支架臂的数量不变。所述支架臂为刚性杆，如金属杆，其直径为1.9至2.1mm，本实施例中取2mm。所述支架臂长50mm至500mm，本实施例取130mm，相应的球形刚性支架直径约为682mm。所述支撑杆4位于球形传声器阵的过球心的轴线上，使用刚性连接杆与所述球形支架固定，对阵列起到牢固支撑作用。本实施例中，支撑杆穿过上下两个六边形，通过三个连接杆与上下两个六边形的各三个顶点连接，如图1所示。当然，所述支撑杆也可以是穿过上下两个五边形，并通过连接杆与所述两个五边形连接。

本实施例在每个阵元位置上设计了传声器安装座，所述安装座通过杆状物(本实施例中称为安装杆)与所述传声器固定连接，这种安装座的设计一方面便于传声器的安装，另一方面，通过调节安装杆或者更换不同长度的安装杆可以方便的改变传声器阵列的有效孔径。具体地，本实施例的安装杆可以是螺栓，如图2所示，作为阵元的所述传声器5套在所述螺栓的螺杆6上，所述螺杆6穿过圆筒状的内壁带有螺纹的安装座7，再与所述螺栓的螺帽8连接并紧固。通过使用不同长度的安装螺杆，就可以调节阵元传声器的位置，进而实现有效孔径的调节。

为配合本实施例的球形传声器阵列进行数据采集，还设计了相应的集线板和信号采集板。每个阵元(即传声器)的信号线均独立地沿支架臂固定连接到集线板上，然后再连接信号采集板。所述信号采集板与DSP信号处理器连接，由信号处理器进行信号输出，由控制计算机对信号处理器进行控制，从而组成一个完整的系统，如图5所示。

本实施例的球形传声器阵列结构简单，能够保证各个阵元传声器都位于同一个球面上。本实施例基本单元是由足够刚性且足够细的刚性杆(如金属杆)构成，支架完全使用刚性结构，增强了球形传声器阵列的刚性，能够形成稳固的系统，提高了系统的可靠性。本实施例的每个节点处连接的支架臂数量少，对声场影响小，因此有利于提高探测精度。

本实施例的传声器安装座位于球形传声器阵列基本单元正五边形和正六边形相交的节点上，这种安装结构，球形传声器阵列的有效孔径大，探测精度高。

实施例2

本实施例与实施例1基本一致，区别之处在于本实施例的传声器安装座安装位于每条支架臂的中点处，如图4所示。这种结构改变了球形传声器阵列的阵元传感器的分布结构。由于支架臂数目有90个，因此本实施例的阵元数目比实施例1增加了30个。与实施例1相比，本实施例的各传声器阵元同样位于同一个球面上，但大幅增加了阵元数目，阵元间距减小，旁瓣抑制能力更强，适用的频率范围增大。

最后所应说明的是，以上仅用以说明本实用新型理论原理和技术方案而非限制。本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种球形传声器阵列，包括支架和安装在所述支架上的传声器；其特征在于，所述支架为球形刚性支架，由边长相等的12个正五边形和20个正六边形组成，形成60个节点。

2.根据权利要求1所述的球形传声器阵列，其特征在于，所述传声器安装在所述刚性支架的每个节点处。

3.根据权利要求1所述的球形传声器阵列，其特征在于，所述传声器安装在所述刚性支架的每个支架臂的中点处。

4.根据权利要求1所述的球形传声器阵列，其特征在于，还包括支撑杆，所述支撑杆位于所述球形刚性支架的过球心的轴线上，通过刚性连接杆与所述轴线所穿过的两个正五边形或两个正六边形连接固定。

5.根据权利要求1所述的球形传声器阵列，其特征在于，所述球形刚性支架的支架臂的直径为1.9mm～2.1mm。

6.根据权利要求2所述的球形传声器阵列，其特征在于，所述球形刚性支架的节点处设有安装座，所述安装座通过安装杆与所述传声器连接。

7.根据权利要求3所述的球形传声器阵列，其特征在于，所述球形刚性支架的支架臂中点处设有安装座，所述安装座通过安装杆与所述传声器连接。

8.根据权利要求6或7所述的球形传声器阵列，其特征在于，所述安装杆为螺杆。

9.根据权利要求1所述的球形传声器阵列，其特征在于，球形刚性支架的支架臂长度与球形刚性支架直径的比值是1∶5.2508。

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