DE102010061032B4

DE102010061032B4 - Device for locating sources of waves with multiple receivers and a concave mirror for the waves

Info

Publication number: DE102010061032B4
Application number: DE102010061032.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lauterbach; Dr. Grosche Friedrich-Reinhard
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: DE102010061032A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Ortung von Quellen von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen mit mehreren Empfängern für die Wellen und einem Hohlspiegel (3) für die Wellen, wobei der Hohlspiegel (3) eine Brennlinie (6) aufweist und die Empfänger längs der Brennlinie (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger Teil eines eindimensionalen phased Arrays sind.Device (1) for locating sources of acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with several receivers for the waves and a concave mirror (3) for the waves, the concave mirror (3) having a focal line (6) and the receivers along the focal line (6) are arranged, characterized in that the receivers are part of a one-dimensional phased array.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ortung von Quellen von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen mit mehreren Empfängern für die Wellen und einem Hohlspiegel für die Wellen.The invention relates to a device for locating sources of acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with multiple receivers for the waves and a concave mirror for the waves.

Die Ortung von Quellen von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen ist von vielfältiger Bedeutung. So ist die Ortung von Schallquellen ein wichtiger Schritt z. B. bei der Lokalisierung von Lärmquellen zur Ermittlung der Ursache von Lärm. Derartige Untersuchungen finden unter anderem an Verkehrsfahrzeugen statt, auch um die Möglichkeit von Gegenmaßnahmen zu prüfen.The location of sources of acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves is of manifold importance. So the location of sound sources is an important step z. For example, in the localization of noise sources to determine the cause of noise. Such investigations are taking place, inter alia, on traffic vehicles, also to examine the possibility of countermeasures.

Neben der reinen Ortung von Quellen von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen geht es bei der vorliegenden Erfindung auch um die Quantifizierung der Quellen, d. h. der von ihnen abgestrahlten akustischen oder elektromagnetischen Wellen.In addition to the pure location of sources of acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves in the present invention, it is also about the quantification of sources, d. H. the acoustic or electromagnetic waves emitted by them.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine im Vergleich zu einer Vorrichtung zur Ortung in umgekehrter Richtung arbeitende Vorrichtung zur Ausrichtung von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen mit mehreren Sendern für die Wellen und einem Hohlspiegel für die Wellen.Furthermore, the invention relates to a device operating in the opposite direction relative to a device for aligning acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with a plurality of transmitters for the waves and a concave mirror for the waves.

Unter Teilchenwellen sind zum Beispiel Elektronen zu verstehen, wie sie in der Elektronenmikroskopie detektiert werden.By particle waves are meant, for example, electrons, as they are detected in electron microscopy.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Zur Ortung oder Lokalisierung von Schallquellen und deren Quantifizierung werden bekanntermaßen direktionale Mikrofone eingesetzt. Derartige direktionale Mikrofone weisen entweder einen akustischen Hohlspiegel auf, an dessen Brennpunkt das eigentlich Mikrofon angeordnet ist, oder ein Feld von Mikrofonen (Mikrofonarray), deren Signale mit definierten Phasenverzögerungen aufsummiert werden (man spricht vom sog. „Delay and Sum Beamforming”), wodurch die Richtung der Empfindlichkeit des direktionalen Mikrofons eingestellt und variiert werden kann und sogar wie bei einem elliptischen akustischen Hohlspiegel ein Punkt maximaler Empfindlichkeit im Raum definiert werden kann (der bei einem elliptischen Hohlspiegel dem zweiten Brennpunkt der Ellipse entspricht). Diese Technik wird auch in der Richtantennentechnologie verwendet. Dort spricht man wegen der definierten Phasenbeziehung, unter denen die Signale der einzelnen Teilantennen aufaddiert werden, von einem phased Array.For locating or locating sound sources and quantifying them, directional microphones are known to be used. Such directional microphones have either an acoustic concave mirror at the focal point of the actual microphone is arranged, or a field of microphones (microphone array) whose signals are summed with defined phase delays (one speaks of the so-called "delay and sum beamforming") the direction of sensitivity of the directional microphone can be adjusted and varied, and even as in the case of an elliptical acoustic concave mirror, a point of maximum sensitivity in space can be defined (which corresponds to the second focal point of the ellipse for an elliptical concave mirror). This technique is also used in directional antenna technology. There one speaks because of the defined phase relationship, under which the signals of the individual sub-antennas are added up, of a phased array.

Die Verwendung eines phased Array bei einem Vermeidungssonar für Unterwasserobjekte unterhalb der Wasseroberfläche ist aus der DE 690 12 417 T2 bekannt.The use of a phased array in an avoidance sonar for underwater objects below the water surface is known from US Pat DE 690 12 417 T2 known.

Um eine flächige oder gar räumliche Verteilung von Schallquellen mit einem direktionalen Mikrofon zu erfassen, das einen akustischen Hohlspiegel aufweist, muss der Hohlspiegel mit dem Mikrofon in seinem Brennpunkt zum Abtasten des interessierenden Volumens verfahren werden. Dies setzt stationäre Verhältnisse bei den Schallquellen voraus. Bei Verwendung eines Mirkofonarrays kann der Fokuspunkt noch bei der Auswertung der zwischengespeicherten Signal von den einzelnen Mikrofonen beliebig variiert werden, wodurch man mit geringerem experimentellem Aufwand zu flächigen Informationen gelangt. Eine hohe räumliche Auflösung setzt jedoch eine große Anzahl von Mikrofonen des Mirkofonarrays in flächiger Verteilung voraus.In order to detect a two-dimensional or even spatial distribution of sound sources with a directional microphone having an acoustic concave mirror, the concave mirror must be moved with the microphone in its focus for scanning the volume of interest. This requires stationary conditions at the sound sources. When using a Mirkofonarrays the focus point can be varied as desired in the evaluation of the cached signal from the individual microphones, making it possible with less experimental effort to planar information. However, a high spatial resolution requires a large number of microphones of the microphone array in a flat distribution.

Für Vorbeifahrtmessungen oder Überflugmessungen werden auch eindimensionale Mikrofonarrays, sogenannte Linienarrays, eingesetzt, um die Anzahl der Mikrofone kleiner zu halten, wenn eine Trennung von Schallquellen in einer Dimension ausreichend ist, wie beispielsweise die Trennung des Lärms vom Fahrgestell und von allen übrigen Lärmquellen. Linienarrays bieten eine gute Separation von Schallquellen entlang einer zu dem Linienarray parallelen Linie. In Richtung quer dazu können Schallquellen jedoch nicht voneinander separiert werden. In dieser Richtung verhält sich das Array vielmehr nicht anders als ein einzelnes omnidirektionales Mikrofon. Die Anzahl der Mikrofone sowie der maximale und auch der minimale Abstand zwischen den Mikrofonen haben direkten Einfluss auf die Qualität der Messergebnisse. Mehr Mikrofone erhöhen den Signal-Rauschabstand, der maximale Abstand gibt die räumliche Auflösung vor, und der minimale Abstand gibt die maximale Frequenz vor, bis zu der eine Mikrofonarray-Auswertung erfolgreich durchgeführt werden kann.For pass-by measurements or over-flow measurements, one-dimensional microphone arrays, so-called line arrays, are also used to reduce the number of microphones if separation of sound sources in one dimension is sufficient, such as separating the noise from the chassis and all other noise sources. Line arrays provide good separation of sound sources along a line parallel to the line array. However, sound sources can not be separated from each other in the direction across. Rather, the array behaves in this direction no different than a single omnidirectional microphone. The number of microphones as well as the maximum and minimum distance between the microphones have a direct influence on the quality of the measurement results. More microphones increase the signal-to-noise ratio, the maximum distance gives the spatial resolution, and the minimum distance specifies the maximum frequency up to which a microphone array evaluation can be successfully performed.

Eine Vorrichtung zur Ortung von Schallquellen mit mehreren Mikrofonen und einem akustischen Hohlspiegel ist aus Mackrodt, P. A., Pfizenmaier, E.: Aerodynamik und Aeroakustik für Hochgeschwindigkeitszüge, Physik unserer Zeit, 1987, 18. Jahrg., Nr. 3, S. 65–76 bekannt. Hier sind in der Nähe des Brennpunkts eines elliptischen Hohlspiegels sieben Mikrofone angeordnet, die sieben fixen Fokuspunkten in dem vor dem akustischen Hohlspiegel liegenden Raum entsprechen. Damit konnten bei Vorbeifahrtmessungen an Zügen Schallquellen in sieben verschiedenen, aber festen Ebenen des jeweiligen Zugs geortet werden. Eine flächige Auflösung der Verteilung der Schallquellen ist mit dieser bekannten Vorrichtung aber nicht möglich.A device for locating sound sources with multiple microphones and an acoustic concave mirror is from Mackrodt, PA, Pfizenmaier, E.: Aerodynamics and Aeroacoustics for high-speed trains, Physics of our time, 1987, 18th century, No. 3, pp. 65-76 known. Here, seven microphones are arranged in the vicinity of the focal point of an elliptical concave mirror, which correspond to seven fixed focus points in the space lying in front of the acoustic concave mirror. Thus, in passing measurements on trains sound sources could be located in seven different, but fixed levels of each train. An areal resolution of the distribution of the sound sources is not possible with this known device.

In dem oben zitierten Artikel ”Aerodynamik und Aeroakustik für Hochgeschwindigkeitszüge” wird auch die Verwendung eines Reihenrichtmikrofons beschrieben, das aus einer linearen Anordnung von Mikrofonen besteht, deren Richtwirkung aus einer Summenbildung der aufgenommenen Einzelmikrofonsignale hervorgeht. The above cited article "Aerodynamics and Aeroacoustics for High-Speed Trains" also describes the use of a straight-ahead microphone consisting of a linear array of microphones whose directivity results from summation of the recorded single-microphone signals.

Aus der DE 29 45 789 A1 ist eine Antennenanordnung für ein Radarrundsuchverfahren zur Zielortung mit Höhenerfassung bekannt, die die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 aufweist. Eine Primärstrahlerreihe aus sogenannten Flachparabolantennen ist entlang der Brennlinie eines Zylinder-Parabolreflektors angeordnet, der nur in der horizontalen Ebene eine Strahlfokussierung erzeugt. Die in ihrer horizontalen Ausdehnung verhältnismäßig schmal ausgebildeten einzelnen Strahler der Primärstrahlerreihe sind in der vertikalen Ebene so geneigt, dass jeweils die gewünschte Hauptstrahlrichtung der von ihnen erzeugten übereinander liegenden Einzelkeulen im Vertikaldiagramm entsteht. Die einzelnen Strahler der Primärstrahlerreihe werden gleichzeitig jeweils einem Empfänger oder zeitlich nacheinander mit insgesamt einem Empfänger verbunden, oder es werden zeitlich nacheinander jeweils zwei benachbarte Strahler an zwei Empfänger angeschlossen. Durch die Überlappung der Hauptkeulen benachbarter Strahler zeigt bei einer Einfachstauswertung der Strahler mit dem größten Empfangssignalpegel grob den Elevationswinkelbereich des Ziels an. Bei einem quantitativen Pegelvergleich der Empfangssignale benachbarter Strahler kann eine Genauigkeit von 1/5 bis 1/10 der Einzelkeulenhalbwertsbreite erzielt werden.From the DE 29 45 789 A1 An antenna arrangement for a Radarrundsuch method for target location with height detection is known, having the features of the preambles of the independent claims 1 and 2. A primary radiator array of so-called flat parabolic antennas is arranged along the focal line of a cylindrical parabolic reflector which generates beam focusing only in the horizontal plane. The individual radiators of the primary radiator row, which are relatively narrow in their horizontal extent, are inclined in the vertical plane in such a way that in each case the desired main beam direction of the individual lobes generated by them is produced in the vertical diagram. The individual emitters of the primary emitter row are simultaneously connected to one receiver at a time or one after the other with a total of one receiver, or two adjacent emitters are connected in succession to two receivers in succession. Due to the overlapping of the main lobes of adjacent radiators, the radiator with the largest received signal level roughly indicates the elevation angle range of the target in a simple evaluation. In a quantitative level comparison of the received signals of adjacent radiators, an accuracy of 1/5 to 1/10 of the single lobe half width can be achieved.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ortung von Quellen von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen mit mehreren Empfängern für die Wellen und einem Hohlspiegel für die Wellen aufzuzeigen, mit der eine flächige Auflösung der Verteilung von derartigen Quellen möglich ist. Weiterhin soll eine entsprechende, in umgekehrter Richtung arbeitende Vorrichtung zur Ausrichtung von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen mit mehreren Sendern für die Wellen und einem Hohlspiegel für die Wellen aufgezeigt werden.The invention has for its object to provide a device for locating sources of acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with multiple receivers for the waves and a concave mirror for the waves show, with a surface resolution of the distribution of such sources is possible. Furthermore, a corresponding, working in the reverse direction device for aligning acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with multiple transmitters for the waves and a concave mirror for the waves will be shown.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zur Ortung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Ausrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 2 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtungen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 9 definiert. Der nebengeordnete Patentanspruch 10 ist auf eine bevorzugte Verwendung der neuen Vorrichtung zur Ortung gerichtet, ebenso wie der abhängige Patentanspruch 11.The object of the invention is achieved by a device for locating with the features of independent claim 1 and an apparatus for alignment with the features of independent claim 2. Preferred embodiments of the novel devices are defined in the dependent claims 2 to 9. The independent claim 10 is directed to a preferred use of the new locating device, as well as the dependent claim 11th

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei der neuen Vorrichtung zur Ortung von akustischen Wellen, elektromagnetischen Wellen oder Teilchenwellen weist der Hohlspiegel eine Brennlinie auf und sind die Empfänger längs der Brennlinie angeordnet. Der Hohlspiegel ist damit kein dreidimensionaler sondern ein nur zweidimensionaler Hohlspiegel, der einfallende Wellen nicht auf einen Brennpunkt sondern auf eine Brennlinie fokussiert. Der Hohlspiegel fokussiert so Wellen von Quellen, die in einer sich von der Brennlinie weg vor dem Hohlspiegel erstreckenden Ebene liegen, in gleicher Weise. In dieser Ebene können die Orte der Quellen jedoch lückenlos mit Hilfe des aus den Empfängern ausgebildeten Linienarrays aufgelöst werden. So wird durch Kombination von zwei an sich bekannten Techniken, d. h. eines Linienarrays und eines Hohlspiegels, wobei allerdings der Hohlspiegel für die Wellen anders als im Stand der Technik kein dreidimensionaler sondern ein zweidimensionaler Hohlspiegel ist, einerseits eine passive Selektivität bei der Ortung der Quellen der Wellen für eine bestimmte Ebene und andererseits eine durch unterschiedliche Phasenverzögerungen aktive, lückenlose Ortsauflösung in der Ebene erreicht.In the new device for locating acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves, the concave mirror has a focal line and the receivers are arranged along the focal line. The concave mirror is thus not a three-dimensional but only a two-dimensional concave mirror, the incident waves focused not on a focal point but on a focal line. The concave mirror thus focuses waves from sources which lie in a plane extending away from the focal line in front of the concave mirror, in the same way. In this level, however, the sources' locations can be resolved completely using the line array formed by the receivers. Thus, by combining two techniques known per se, i. H. a line array and a concave mirror, wherein, however, the concave mirror for the waves is not a three-dimensional but a two-dimensional concave mirror in the prior art, on the one hand a passive selectivity in the location of the sources of waves for a particular plane and on the other hand active by different phase delays, Complete spatial resolution achieved in the plane.

Die Ortsauflösung eines Linienarrays ist charakterisiert durch eine gute Selektivität von Quellen in der Dimension, die parallel zur Ausrichtung der Empfänger verläuft. Senkrecht zu dieser Richtung verhält sich das Linienarray wie ein einzelnes omnidirektionales Mikrofon.The spatial resolution of a line array is characterized by good selectivity of sources in the dimension parallel to the orientation of the receivers. Perpendicular to this direction, the line array behaves like a single omnidirectional microphone.

Ein Hohlspiegel mit einer Brennlinie ist typischerweise rinnenförmig. Bevorzugt ist es bei dem neuen Hohlspiegel, wenn die Brennlinie eine Gerade ist. Entsprechend weist dann auch der Hohlspiegel die Form einer geraden Rinne auf. Grundsätzlich kann dabei der Querschnitt des Hohlspiegels auch Variationen aufweisen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Hohlspiegel einen über seine Länge konstanten Querschnitt aufweist.A concave mirror with a focal line is typically channel-shaped. It is preferred in the new concave mirror when the focal line is a straight line. Accordingly, the concave mirror then has the shape of a straight channel. In principle, the cross section of the concave mirror may also have variations. However, it is preferred if the concave mirror has a constant over its length cross-section.

Besonders bevorzugt ist ein elliptischer Querschnitt des Hohlspiegels, mit dem eine besondere Selektivität für Quellen von Wellen im Bereich der zweiten, entfernten Brennlinie des Hohlspiegels erreicht wird.Particularly preferred is an elliptical cross section of the concave mirror, with which a particular selectivity for sources of waves in the region of the second, remote focal line of the concave mirror is achieved.

Grundsätzlich kann der Querschnitt des Hohlspiegels auch parabolisch sein. Dann erfasst er alle in der vor ihm liegenden Ebene angeordneten Quellen von Wellen, die sich in einem hinreichend großen Abstand vor dem Linienarray befinden, gleichermaßen. Ein parabolischer Querschnitt kann auch über einen kreissegmentförmigen Querschnitt des Hohlspiegels angenähert werden.In principle, the cross section of the concave mirror may also be parabolic. Then it equally detects all sources of waves in the plane ahead of it, which are at a sufficiently large distance in front of the line array. A parabolic cross section can also be approximated via a circular segment-shaped cross section of the concave mirror.

Auch dadurch, dass die Empfänger bei der neuen Vorrichtung über eine Strecke längs der Brennlinie des Hohlspiegels verteilt sind, die länger ist, als der Hohlspiegel breit ist, wird eine Maßnahme verwirklicht, die die Selektivität des Hohlspiegels für die vor ihm liegende Messebene und die Ortsauflösung des Linienarrays in dieser Messebene, d. h. die Tiefenschärfe in Richtung des Abstands zu dem Linienarray erhöht.Also by the fact that the receivers are distributed in the new device over a distance along the focal line of the concave mirror, which is longer than the concave mirror is wide, a measure is realized, the selectivity of the concave mirror for the front of him measuring plane and the spatial resolution of the line array in this measurement plane, d. H. the depth of field increases in the direction of the distance to the line array.

Die Empfänger können äquidistant angeordnet sein. Bessere Ergebnisse liefert der Delay and Sum Beamforming Algorithmus jedoch für Empfänger mit nach außen hin logarithmisch anwachsenden Abständen, zufälligen Abständen oder mit numerisch optimierten Abständen für festgelegte Frequenzbereiche der interessierenden Wellen.The receivers can be arranged equidistantly. However, the delay and sum beamforming algorithm provides better results for receivers with outwardly logarithmically increasing distances, random distances or with numerically optimized distances for fixed frequency ranges of the waves of interest.

Es versteht sich, dass eine besonders große Anzahl der Empfänger längs der Brennlinie die Auflösung der Ortung in der Messebene der neuen Vorrichtung erhöht.It is understood that a particularly large number of receivers along the focal line increase the resolution of the location in the measurement plane of the new device.

Bei der neuen Vorrichtung können die Empfänger gegenüber dem Hohlspiegel verfahrbar sein, um eine Relativlage der Empfänger zu der Brennlinie für alle Empfänger einzeln oder gemeinsam einzustellen und/oder zu verändern. So kann bei einem elliptischen Hohlspiegel durch Verändern des Abstands der Empfänger zu der nahen Brennlinie die Lage des linienförmigen Bereichs mit der höchsten Empfindlichkeit des Linienarrays gegenüber der entfernten Brennlinie des elliptischen Hohlspiegels variiert werden.In the new device, the receivers can be moved relative to the concave mirror in order to individually and jointly set and / or change a relative position of the receivers to the focal line for all receivers. Thus, in the case of an elliptical concave mirror, by varying the distance of the receivers to the near focal line, the position of the line region with the highest sensitivity of the line array relative to the remote focal line of the elliptical concave mirror can be varied.

Die neue Vorrichtung ist ohne Weiteres insbesondere für die transiente Erfassung von Signalen, oder Vorbeifahrtmessungen geeignet. Ansonsten müssen zur räumlichen Ortung von Quellen von Wellen die Empfänger gemeinsam mit dem Hohlspiegel quer zu der Brennlinie verfahren und/oder um die Brennlinie verschwenkt werden. Hierzu kann die Vorrichtung eine entsprechende Verfahr- oder Verschwenkeinrichtung aufweisen.The new device is readily suitable in particular for the transient detection of signals, or pass-by measurements. Otherwise, for spatial location of sources of waves, the receivers must travel together with the concave mirror transversely to the focal line and / or be pivoted about the focal line. For this purpose, the device may have a corresponding traversing or pivoting device.

Wie bereits angedeutet wurde, werden Zeitsignale von den Empfängern der neuen Vorrichtung nach den Grundsätzen eines phased Arrays mittels Delay and sum Beamforming ausgewertet. Hierzu kann die Vorrichtung unmittelbar als phased Array mit einstellbaren Verzögerungen für die Zeitsignale ausgebildet sein und einem Addierer für die derart phasenverzögerten Signale aufweisen. Es ist aber auch möglich, die Aspekte des phased Arrays und des Delay and sum Beamformings ganz in eine Auswertung zu verlagern, die z. B. unabhängig von der Vorrichtung in einem Rechner erfolge kann, indem die von den einzelnen Empfängern der Vorrichtung kommenden Zeitsignale zunächst gespeichert und erst später ausgewertet werden. So können dann insbesondere nacheinander unterschiedliche Phasenversätze eingestellt werden, um die vor dem Hohlspiel liegende Ebene im Raum abzutasten.As already indicated, time signals from the receivers of the new device are evaluated according to the principles of a phased array by means of delay and sum beamforming. For this purpose, the device can be formed directly as a phased array with adjustable delays for the time signals and have an adder for such phase-delayed signals. But it is also possible to shift the aspects of the phased array and the delay and sum beamforming all in one evaluation, the z. B. successes independently of the device in a computer by the coming of the individual receivers of the device time signals are first stored and evaluated later. In this way, in particular, different phase offsets can be set in succession, in order to scan the plane lying in front of the hollow play in space.

Neben der Berechnung von lokalen Verteilungen von Quellen von Wellen mittels Delay and sum Beamforming im akustischen oder elektromagnetischen Fernfeld eignet sich der Aufbau aus Empfängern und Hohlspiegel auch für die akustische bzw. elektromagnetische (Nahfeld-)Holographie. Diese Ausführungsform der Erfindung ist mit der Vorrichtung zur Ausrichtung beansprucht.In addition to the calculation of local distributions of sources of waves by means of delay and sum beamforming in the acoustic or electromagnetic far field, the structure of receivers and concave mirrors is also suitable for acoustic or electromagnetic (near field) holography. This embodiment of the invention is claimed with the alignment device.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile von allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen zwingend erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively without the advantages of all the embodiments according to the invention having to be achieved compellingly. Further features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 skizziert eine neue Vorrichtung in einer Ansicht mit Blickrichtung längs der Brennlinie ihres Hohlspiegels. 1 outlined a new device in a view looking along the focal line of its concave mirror.

2 skizziert die neue Vorrichtung gemäß 1 in einem Schnitt längs der Brennlinie ihres Hohlspiegels; und 2 outlines the new device according to 1 in a section along the focal line of its concave mirror; and

3 skizziert eine Auswertungsschaltung für Zeitsignale von Empfängern der Vorrichtung gemäß 1 und 2. three outlines an evaluation circuit for time signals from receivers of the device according to 1 and 2 ,

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

Die in den 1 und 2 in zwei Ansichten dargestellte Vorrichtung 1 dient zur Ortung von Schallquellen 2, d. h. von Quellen von akustischen Wellen, von denen eine in 2 schematisch dargestellt ist. Die Vorrichtung 1 weist einen akustischen Hohlspiegel 3 und ein Linienarray 4 aus einzelnen Empfängern in Form Mikrofonen 5 auf. Die Mikrofone 5 des Linienarrays 4 sind dabei längs einer Brennlinie 6 des rinnenförmigen und mit konstantem Querschnitt 7 ausgebildeten Hohlspiegels 3 angeordnet. Der Hohlspiegel 3 ist hier parabolisch und fokussiert so Schallwellen von allen Schallquellen in dem in einer Richtung y von der Brennlinie 6 weg vor ihm liegenden Raum, der sich längs einer von der Richtung y und der Brennlinie 6 aufgespannten Ebene 8 erstreckt. Durch eine elliptische Form des Hohlspiegels 3 kann der Raum um die Ebene 8 unter die Breite 9 des Hohlspiegels 3 eingegrenzt werden. Der Hohlspiegel 3 verleiht der Vorrichtung 1 somit eine passive Selektivität bei der Ortung von Schallquellen 2 für den Messraum längs der Ebene 8. Innerhalb dieses Messraums, d. h. in der Ebene 8, weist die Vorrichtung 1 eine aktive Ortsauflösung aufgrund des Linienarrays 4 aus den Mikrofonen 5 auf. Dies ist in 2 durch die Verbindungslinien 10 zwischen der Schallquelle 2 und den einzelnen Mikrofonen 5 skizziert. Diese Verbindungslinien 10 weisen für den Ort der Schallquelle charakteristische Längenverhältnisse auf. Entsprechend unterscheiden sich die Schalllaufzeiten von der Schallquelle 2 zu den einzelnen Mikrofonen 5 in einer für den Ort der Schallquelle 2 in der Ebene 8 charakteristischen Weise. Anders gesagt entspricht jedem Ort in der Ebene 8 ein anderes Muster der relativen Phasenverzögerungen der Signale, die von dem Schall einer Schallquelle 2 an dem Ort in den Mikrofonen 5 hervorgerufen werden.The in the 1 and 2 in two views illustrated device 1 serves to locate sound sources 2 ie sources of acoustic waves, one of which is in 2 is shown schematically. The device 1 has an acoustic concave mirror three and a line array 4 from individual receivers in the form of microphones 5 on. The microphones 5 of the line array 4 are doing along a focal line 6 the trough-shaped and with constant cross-section 7 trained concave mirror three arranged. The concave mirror three is here parabolic and thus focuses sound waves from all sound sources in the one direction y from the focal line 6 away from him, lying along one of the direction y and the focal line 6 spanned level 8th extends. By an elliptical shape of the concave mirror three can the space around the plane 8th below the width 9 of the concave mirror three be limited. The concave mirror three gives the device 1 thus a passive selectivity in the location of sound sources 2 for the measuring room along the plane 8th , Within this measuring space, ie in the plane 8th , points the device 1 an active spatial resolution due to the line array 4 from the microphones 5 on. This is in 2 through the connecting lines 10 between the sound source 2 and the individual microphones 5 outlined. These connecting lines 10 have characteristic length ratios for the location of the sound source. Accordingly, the sound propagation times differ from the sound source 2 to the individual microphones 5 in one for the place of the sound source 2 in the plane 8th characteristic way. In other words, every place corresponds to the level 8th another pattern of the relative phase delays of the signals from the sound of a sound source 2 in the place in the microphones 5 be caused.

Umgekehrt kann damit die Ebene 8 vor dem Hohlspiegel 3 mit einer in 3 skizzierten Anordnung aus einem Addierer 11 vorgeschalteten, einzeln einstellbaren Verzögerungselementen 12 abgetastet werden. Das Ausgangssignal 13 des Addierers 11 ist noch um die Entfernung des abgetasteten Orts von den Mikrofonen 5 des Linienarrays 4 zu korrigieren und stellt dann ein Maß für die Intensität einer Schallquelle an dem Ort dar.Conversely, it allows the level 8th in front of the concave mirror three with an in three sketched arrangement of an adder 11 upstream, individually adjustable delay elements 12 be scanned. The output signal 13 of the adder 11 is still about the distance of the sampled location from the microphones 5 of the line array 4 and then provides a measure of the intensity of a sound source at the location.

Mit der Vorrichtung 1 gemäß den 1 und 2 kann durch die beschriebene Auswertung der Signale von den Mikrofonen 5 unmittelbar die Ebene 8 vor dem Hohlspiegel 3 in den Richtungen y und z gemäß 2 abgetastet werden. Um einen dreidimensionalen Raum bezüglich der Lage von Schallquellen 2 abzutasten, bedarf es einer Relativbewegung mit Richtungskomponente in der zu der Ebene 8 orthogonalen Richtung x. Diese Bewegungskomponente kann bei einer Vorbeifahrtmessung durch ein zu untersuchendes vorbeifahrendes Fahrzeug bereitgestellt werden. Alternativ kann die Vorrichtung 1 in der Richtung x verfahren oder um eine zu der Brennlinie 6 parallele Achse verschwenkt werden.With the device 1 according to the 1 and 2 can by the described evaluation of the signals from the microphones 5 immediately the plane 8th in front of the concave mirror three in the directions y and z according to 2 be scanned. To create a three-dimensional space regarding the location of sound sources 2 To scan, it requires a relative movement with directional component in the plane to the 8th orthogonal direction x. This movement component can be provided in a pass-by measurement by a passing vehicle to be examined. Alternatively, the device 1 move in the direction x or one to the focal line 6 be pivoted parallel axis.

Wenn die Vorrichtung 1 statt der Mikrofone 5 Empfänger für andere akustische Wellen, elektromagnetische Wellen oder Teilchenwellen aufweist, und der Hohlspiegel 3 diese Wellen auf die Brennlinie 6 fokussiert, ist sie in der beschrieben Weise zur Ortung von Quellen dieser Wellen geeignet. Die Empfänger der Vorrichtung 1 können zum Beispiel auch Druckaufnehmer, Ultraschallsensoren, Empfänger für elektromagnetische Wellen aller Art oder Detektoren für Teilchenwellen sein. Umgekehrt kann die Vorrichtung 1 statt der Empfänger auch Sender für alle Arten von Wellen aufweisen und zur Ausrichtung oder Fokusierung dieser Wellen dienen.When the device 1 instead of the microphones 5 Receiver for other acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves, and the concave mirror three these waves on the focal line 6 Focused, it is suitable in the manner described for locating sources of these waves. The receivers of the device 1 For example, pressure transducers, ultrasonic sensors, all types of electromagnetic wave receivers, or particle wave detectors may also be used. Conversely, the device can 1 instead of the receivers also have transmitters for all types of waves and serve to align or focus of these waves.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtungcontraption
22: Schallquellesound source
33: Hohlspiegelconcave mirror
44: Linienarrayline array
55: Mikrofonmicrophone
66: Brennliniefocal line
77: Querschnittcross-section
88th: Ebenelevel
99: Breitewidth
1010: Verbindungslinieconnecting line
1111: Addiereradder
1212: Verzögerungselementdelay element
1313: Ausgangssignaloutput

Claims

Contraption ( 1 ) for locating sources of acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with multiple receivers for the waves and a concave mirror ( three ) for the waves, wherein the concave mirror ( three ) a focal line ( 6 ) and the receivers along the focal line ( 6 ), characterized in that the receivers are part of a one-dimensional phased array.

Device for aligning acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with several transmitters for the waves and a concave mirror ( three ) for the waves, wherein the concave mirror ( three ) a focal line ( 6 ) and the transmitters along the focal line ( 6 ), characterized in that the transmitters are part of a one-dimensional phased array.

Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the concave mirror ( three ) is trough-shaped.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the focal line ( 6 ) of the concave mirror ( three ) is a straight line.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the concave mirror ( three ) has a constant cross section over its length ( 7 ) having.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the concave mirror ( three ) an elliptical cross section ( 7 ) having.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the receivers or transmitters are spread along the focal line ( 6 ) of the concave mirror ( three ) which is longer than the width ( 9 ) of the concave mirror ( three ).

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the receiver or transmitter relative to the concave mirror ( three ) are movable to a relative position of the receiver or transmitter to the focal line ( 6 ) for all microphones ( 5 ) individually or jointly adjust and / or change.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the receiver or transmitter together with the concave mirror ( three ) across the focal line ( 6 ) movable and / or around the focal line ( 6 ) are pivotable.

Use of a device ( 1 ) for locating sources of acoustic waves, electromagnetic waves or particle waves with multiple receivers for the waves and a concave mirror ( three ) for the waves, wherein the concave mirror ( three ) a focal line ( 6 ) and the receivers along the focal line ( 6 ) are arranged, characterized in that time signals are summed by the individual receivers with different phase offsets to a radial to the focal line ( 6 ) of the concave mirror ( three ) away level ( 8th ) in the room.

Use according to claim 10, characterized in that as receiver microphones ( 5 ) can be used to control the plane ( 8th ) acoustically in the room.