CN208836368U

CN208836368U - 一种可扩展的便携式矩形伪随机mems数字麦克风阵列

Info

Publication number: CN208836368U
Application number: CN201821685868.XU
Authority: CN
Inventors: 张若天
Original assignee: Beijing Yunke Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Yunke Technology Co Ltd
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: WO2020077952A1

Abstract

本实用新型公开一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，包括MEMS数字麦克风阵元、阵元安装支架、排线架、信号处理机、第一安装架与第二安装架，所述排线架两侧分别设置有阵元安装支架和信号处理机，阵元安装支架与排线架通过第一安装架相连接，排线架与信号处理机通过第二安装架相连接，所述阵元安装支架上按照矩形伪随机阵列规则成对布置若干MEMS数字麦克风阵元，成对布置的麦克风阵元相对于阵元安装支架平面对称；一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，采用相同规格阵列可直接拼接的矩形伪随机麦克风阵列结构，可直接与上位机电脑的网络接口连接，同时实现三维声场空间下，利用声全息方法和波束形成方法对声源进行测量和定位。

Description

一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列

技术领域

本实用新型涉及噪声测量、声源定位、麦克风(传声器/声学传感器)与阵列信号处理领域，尤其涉及一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列。

背景技术

麦克风阵列是利用若干麦克风按照一定规则在空间中排列对工作环境内的声学信号进行空间采样的声学信号采集设备。利用不同形式的麦克风阵列采用相应的阵列信号处理方法，对工作环境内声波的时间、空间、频率、幅度分布进行检测，实现声波的测量与声学目标的定位及特征检测。

MEMS数字麦克风阵列是利用MEMS数字麦克风作为传声器阵元的麦克风阵列。与常规的电容式麦克风作为传声器阵元的麦克风阵列相比，MEMS数字麦克风阵直接输出数字信号，没有常规的电容式麦克风阵列所需要的数据采集系统，使阵列本身更为轻巧，便于携带和部署。但是由于MEMS数字麦克风与常规电容式麦克风在结构和安装方式的差异，使MEMS数字麦克风阵列的使用受到限制，具体包括：

1、现有的MEMS数字麦克风阵列，麦克风阵元与信号处理模块的安装结构耦合程度较高，仅适用于基于波束形成技术的声学处理方法，不适用于声全息技术的声学处理方法。

2、现有的MEMS数字麦克风阵列，其麦克风阵元安装结构使麦克风阵元在使用过程中不能使用符合国家标准的声校准器进行校准。

3、现有的MEMS数字麦克风阵列，其麦克风阵元安装结构不便于独立更换麦克风阵元，不便于MEMS数字麦克风阵列的维护。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有的技术缺陷，提供一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，可以有效解决背景技术中的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是；

提供了一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，包括MEMS数字麦克风阵元、阵元安装支架、排线架、信号处理机、第一安装架与第二安装架，所述排线架两侧分别设置有阵元安装支架和信号处理机，阵元安装支架与排线架通过第一安装架相连接，排线架与信号处理机通过第二安装架相连接，所述阵元安装支架上按照矩形伪随机阵列规则成对布置若干MEMS数字麦克风阵元，成对布置的所述MEMS数字麦克风阵元相对于阵元安装支架平面对称；

所述MEMS数字麦克风阵元包括阵元外壳、MEMS数字麦克风传感单元与传感单元封装组件，所述阵元外壳至少一端设置有传感单元封装组件；所述MEMS数字麦克风传感单元设置于传感单元封装组件内，所述传感单元封装组件包括与阵元外壳可拆卸连接的保护帽、设置于保护帽与MEMS数字麦克风传感单元之间的防尘布、设置于保护帽与防尘布之间的防尘网、以及设置于MEMS数字麦克风传感单元与防尘布之间的防水透声膜，所述保护帽上设有向所述MEMS数字麦克风传感单元凹陷的收音孔，所述MEMS数字麦克风传感单元与阵元外壳之间设有垫圈，所述MEMS数字麦克风传感单元与信号处理机连接；

所述信号处理机包括处理机外壳、设置于处理机外壳的信号处理模块和阵元接口、以及设置于处理机外壳外侧的网络接口和电源接口，所述信号处理模块分别与阵元接口、网络接口和电源接口连接，所述处理机外壳通过电源接口与外部电源电连接，所述处理机外壳通过网络接口与外部上位机通信连接。

进一步的，所述排线架中部通过第一安装架与所述阵元安装支架连接，所述排线架中部通过第二安装支架与所述信号处理机连接。

进一步的，所述排线架四周设有阵间连接块。

进一步的，所述阵元安装支架为网状结构，所述阵元安装支架上设有若干阵元安装孔。

进一步的，所述阵元安装支架上设置有64个安装孔，可正反两个方向分别安装MEMS数字麦克风阵元。

进一步的，所述MEMS数字麦克风阵元中阵元外壳一端设有所述传感单元封装组件和MEMS数字麦克风传感单元，另一端设有与阵元外壳可拆卸连接的底座，所述底座中部设有第一出线孔，所述MEMS数字麦克风传感单元通过阵元导线穿过所述第一出线孔与信号处理机上阵元接口连接。

进一步的，所述MEMS数字麦克风阵元中阵元外壳两端均设有所述传感单元封装组件和MEMS数字麦克风传感单元，所述外壳中部设有第二出线孔，所述外壳两端MEMS数字麦克风传感单元通过阵元导线穿过所述第二出线孔与信号处理机上阵元接口连接。

进一步的，还包括设置于阵元安装支架上的PCB板，所述PCB板上设有与若干所述MEMS数字麦克风阵元对应的插针，所述插针与MEMS数字麦克风阵元间通过多针端子连接，所述多针端子通过阵元导线与MEMS数字麦克风传感单元连接，所述PCB板靠近信号处理机一侧中心处设有导线集中输出接口。

进一步的，所述信号处理机中阵元接口为与所述导线集中输出接口对应的多针集中输入接口。

本实用新型的有益效果：本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列采用通用的声校准器进行声级校准的、具有独立封装结构的MEMS麦克风，可直接拼接，同时实现声全息和波束形成测量的矩形伪随机麦克风阵列结构，可直接与上位机电脑的网络接口连接，实现在三维声场空间下，利用声全息方法和波束形成方法对声源进行测量和定位。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列的立体结构示意图；

图2是本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列实施例一中MEMS数字麦克风阵元的爆炸结构示意图；

图3是本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列中阵元支架、排线架、第一安装架与第二安装架位置关系示意图；

图4是本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列中信号处理机中处理模块内侧结构示意图；

图5是本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列中信号处理机中处理模块外侧结构示意图；

图6是本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列实施例二中MEMS数字麦克风阵元的立体结构示意图；

图7是本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列实施例三中PCB板的立体结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1-5所示，根据本实用新型所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，包括MEMS数字麦克风阵元1、阵元安装支架2、排线架4、信号处理机6、第一安装架3与第二安装架5，所述排线架4两侧分别设置有阵元安装支架2和信号处理机6，阵元安装支架2与排线架4通过第一安装架3相连接，排线架4与信号处理机6通过第二安装架5相连接，所述阵元安装支架2上按照矩形伪随机阵列规则成对布置若干MEMS数字麦克风阵元1，成对布置的所述MEMS数字麦克风阵元1相对于阵元安装支架2平面对称；

所述MEMS数字麦克风阵元1包括阵元外壳11、MEMS数字麦克风传感单元100与传感单元封装组件，所述阵元外壳11至少一端设置有传感单元封装组件；所述MEMS数字麦克风传感单元100设置于传感单元封装组件内，所述传感单元封装组件包括与阵元外壳11可拆卸连接的保护帽12、设置于保护帽12与MEMS数字麦克风传感单元100之间的防尘布13、设置于保护帽12与防尘布13之间的防尘网14、以及设置于MEMS数字麦克风传感单元100与防尘布13之间的防水透声膜15，所述保护帽12上设有向所述MEMS数字麦克风传感单元100凹陷的收音孔，所述MEMS数字麦克风传感单元100与阵元外壳11之间设有垫圈16，所述MEMS数字麦克风传感单元100与信号处理机6连接；

其中，MEMS数字麦克风传感单元100包括穿孔PCB板本体、底部开孔MEMS数字麦克风，以及与穿孔PCB板本体连接的阵元导线；并且MEMS数字麦克风传感单元100输出为数字输出，所述穿孔PCB板本体为圆形板，直径小于12.7mm，与传感单元封装组件的内径相等，穿孔PCB板本体中心位置通孔，孔径大于等于MEMS数字麦克风的收音孔孔径，所述阵元导线用于传输电源、时钟和MEMS数字麦克风传感单元数据等；

所述保护帽12所述的保护帽为薄壁圆筒结构，外径满足1/2英寸麦克风的直径设计要求；保护帽内径与前述穿孔PCB板本体直径相等；保护帽前端向内有台阶状凸起结构，用于固定MEMS数字麦克风传感单元100，台阶状凸起结构内径小于穿孔PCB板直径；保护帽后端(开口端)内表面有螺纹，用于和阵元外壳11进行螺纹连接，保护帽12与阵元外壳11共同起到固定和保护MEMS数字麦克风传感单元100的作用；

此外，所述防尘网14为圆形薄片状金属网格结构，所述防尘布13为圆形薄片状，所述防水透声膜15为圆形薄膜，直径与穿孔PCB板本体一致，贴附于位于穿孔PCB板本体上；所述垫圈16为圆环状弹性结构，其内、外径与阵元外壳11的内外径一致；垫圈16位于阵元外壳11前缘顶部和穿孔PCB板本体后缘之间。

所述信号处理机6包括处理机外壳61、设置于处理机外壳61的信号处理模块62和阵元接口63、以及设置于设置于处理机外壳61外侧的网络接口64和电源接口65，所述信号处理模块62分别与阵元接口63、网络接口64和电源接口65连接，所述处理机外壳61通过电源接口65与外部电源电连接，所述处理机外壳61通过网络接口64与外部上位机通信连接；

其中，信号处理模块用于处理MEMS数字麦克风阵元采集到的声学数字信号，并将信号和处理结果通过网络接口传送到上位机。

本实施例中，所述排线架4中部通过第一安装架3与所述阵元安装支架2连接，所述排线架4中部通过第二安装支架5与所述信号处理机6连接。

本实施例中，所述排线架4四周设有阵间连接块41。

本实施例中，所述阵元安装支架2为网状结构，所述阵元安装支架2上设有若干阵元安装孔21。

所述阵元安装支架2包含64个阵元安装孔，每个安装孔可相对于阵列平面对称安装两个MEMS数字麦克风阵元，MEMS数字麦克风阵元安装孔之间通过异形结构连接；阵元安装支架2中心有圆形通孔，用于安装摄像设备或测距设备；

本实施例中，所述阵元安装支架上的64个阵元安装孔的孔中心坐标位置列表如表1所示；

表1 64个阵元安装孔的孔中心坐标位置列表

序号

X

Y

序号

X

Y

序号

X

Y

序号

X

Y

1.

-0.478D

0.478D

17.

0.478D

33.

0.478D

-0.478D

49.

-0.478D

2.

-0.421D

0.269D

18.

0.269D

0.421D

34.

0.421D

-0.269D

50.

-0.269D

-0.421D

3.

-0.391D

0.442D

19.

0.442D

0.391D

35.

0.391D

-0.442D

51.

-0.442D

-0.391D

4.

-0.487D

0.382D

20.

0.382D

0.487D

36.

0.487D

-0.382D

52.

-0.382D

-0.487D

5.

-0.500D

-0.010D

21.

-0.010D

0.500D

37.

0.500D

0.010D

53.

0.010D

-0.500D

6.

-0.332D

0.050D

22.

0.050D

0.332D

38.

0.332D

-0.050D

54.

-0.050D

-0.332D

7.

-0.473D

0.153D

23.

0.153D

0.473D

39.

0.473D

-0.153D

55.

-0.153D

-0.473D

8.

-0.378D

0.162D

24.

0.162D

0.378D

40.

0.378D

-0.162D

56.

-0.162D

-0.378D

9.

-0.035D

0.134D

25.

0.134D

0.035D

41.

0.035D

-0.134D

57.

-0.137D

-0.035D

10.

-0.252D

0.137D

26.

0.137D

0.252D

42.

0.252D

-0.137D

58.

-0.137D

-0.252D

11.

-0.092D

0.209D

27.

0.209D

0.092D

43.

0.092D

-0.209D

59.

-0.209D

-0.092D

12.

-0.127D

0.102D

28.

0.102D

0.127D

44.

0.127D

-0.102D

60.

-0.101D

-0.127D

13.

-0.113D

0.487D

29.

0.487D

0.113D

45.

0.113D

-0.487D

61.

-0.487D

-0.113D

14.

-0.130D

0.309D

30.

0.309D

0.130D

46.

0.130D

-0.309D

62.

-0.309D

-0.130D

15.

-0.265D

0.421D

31.

0.421D

0.265D

47.

0.265D

-0.421D

63.

-0.421D

-0.265D

16.

-0.251D

0.327D

32.

0.327D

0.251D

48.

0.251D

-0.327D

64.

-0.327D

-0.251D

其中：X阵元安装孔的孔中心横向坐标，Y阵元安装孔的孔中心横向坐标，为D为阵列边长，以阵元安装支架2中心为原点。

本实施例中，所述MEMS数字麦克风阵元1中阵元外壳11一端设有所述传感单元封装组件和MEMS数字麦克风传感单元100，另一端设有与阵元外壳11可拆卸连接的底座17，所述底座17中部设有第一出线孔，所述MEMS数字麦克风传感单元100通过阵元导线穿过所述第一出线孔与信号处理机6上阵元接口63连接。

实施例2

如上述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列,本实施例与其不同之处在于：

如图6所示，所述MEMS数字麦克风阵元1中阵元外壳11两端均设有所述传感单元封装组件和MEMS数字麦克风传感单元100，所述外壳11中部设有第二出线孔，所述外壳11两端MEMS数字麦克风传感单元100通过阵元导线穿过所述第二出线孔与信号处理机6上阵元接口63连接。

实施例3

还包括一设置于阵元安装支架2上的PCB板7，如图7所示，所述PCB板7上设有与若干所述MEMS数字麦克风阵元1对应的插针71，所述插针71与MEMS数字麦克风阵元1间通过多针端子72连接，所述多针端子72通过阵元导线与MEMS数字麦克风传感单元100连接，所述PCB板7靠近信号处理机6一侧中心处设有导线集中输出接口。

其中，所述信号处理机6中阵元接口63为与所述导线集中输出接口对应的多针集中输入接口。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，本实用新型一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列采用通用的声校准器进行声级校准的、具有独立封装结构的MEMS麦克风，可直接拼接，同时实现声全息和波束形成测量的矩形伪随机麦克风阵列结构，可直接与上位机电脑的网络接口连接，实现在三维声场空间下，利用声全息方法和波束形成方法对声源进行测量和定位。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，包括MEMS数字麦克风阵元（1）、阵元安装支架（2）、排线架（4）、信号处理机（6）、第一安装架（3）与第二安装架（5），所述排线架（4）两侧分别设置有阵元安装支架（2）和信号处理机（6），阵元安装支架（2）与排线架（4）通过第一安装架（3）相连接，排线架（4）与信号处理机（6）通过第二安装架（5）相连接，所述阵元安装支架（2）上按照矩形伪随机阵列规则成对布置若干MEMS数字麦克风阵元（1），成对布置的所述MEMS数字麦克风阵元（1）相对于阵元安装支架（2）平面对称；

所述MEMS数字麦克风阵元（1）包括阵元外壳（11）、 MEMS数字麦克风传感单元（100）与传感单元封装组件，所述阵元外壳（11）至少一端设置有传感单元封装组件；所述MEMS数字麦克风传感单元（100）设置于传感单元封装组件内，所述传感单元封装组件包括与阵元外壳（11）可拆卸连接的保护帽（12）、设置于保护帽（12）与MEMS数字麦克风传感单元（100）之间的防尘布（13）、设置于保护帽（12）与防尘布（13）之间的防尘网（14）、以及设置于MEMS数字麦克风传感单元（100）与防尘布（13）之间的防水透声膜（15），所述保护帽（12）上设有向所述MEMS数字麦克风传感单元（100）凹陷的收音孔，所述MEMS数字麦克风传感单元（100）与阵元外壳（11）之间设有垫圈（16），所述MEMS数字麦克风传感单元（100）与信号处理机（6）连接；

所述信号处理机（6）包括处理机外壳（61）、设置于处理机外壳（61）的信号处理模块（62）和阵元接口（63）、以及设置于设置于处理机外壳（61）外侧的网络接口（64）和电源接口（65），所述信号处理模块（62）分别与阵元接口（63）、网络接口（64）和电源接口（65）连接，所述处理机外壳（61）通过电源接口（65）与外部电源电连接，所述处理机外壳（61）通过网络接口（64）与外部上位机通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，所述排线架（4）中部通过第一安装架（3）与所述阵元安装支架（2）连接，所述排线架（4）中部通过第二安装支架（5）与所述信号处理机（6）连接。

3.根据权利要求1所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，所述排线架（4）四周设有阵间连接块（41）。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，所述阵元安装支架（2）为网状结构，所述阵元安装支架（2）上设有若干阵元安装孔（21）。

5.根据权利要求4所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，所述阵元安装支架（2）上设置有64个安装孔，可正反两个方向分别安装MEMS数字麦克风阵元。

6.根据权利要求4所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，所述MEMS数字麦克风阵元（1）中阵元外壳（11）一端设有所述传感单元封装组件和MEMS数字麦克风传感单元（100），另一端设有与阵元外壳（11）可拆卸连接的底座（17），所述底座（17）中部设有第一出线孔，所述MEMS数字麦克风传感单元（100）通过阵元导线穿过所述第一出线孔与信号处理机（6）上阵元接口（63）连接。

7.根据权利要求4所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，所述MEMS数字麦克风阵元（1）中阵元外壳（11）两端均设有所述传感单元封装组件和MEMS数字麦克风传感单元（100），所述外壳（11）中部设有第二出线孔，所述外壳（11）两端MEMS数字麦克风传感单元（100）通过阵元导线穿过所述第二出线孔与信号处理机（6）上阵元接口（63）连接。

8.根据权利要求4所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，还包括一设置于阵元安装支架（2）上的PCB板（7），所述PCB板（7）上设有与若干所述MEMS数字麦克风阵元（1）对应的插针（71），所述插针（71）与MEMS数字麦克风阵元（1）间通过多针端子（72）连接，所述多针端子（72）通过阵元导线与MEMS数字麦克风传感单元（100）连接，所述PCB板（7）靠近信号处理机（6）一侧中心处设有导线集中输出接口。

9.根据权利要求8所述的一种可扩展的便携式矩形伪随机MEMS数字麦克风阵列，其特征在于，所述信号处理机（6）中阵元接口（63）为与所述导线集中输出接口对应的多针集中输入接口。