[发明专利]一种圆阵列声源定位可视化系统及方法

说明书

一种圆阵列声源定位可视化系统，其特点是，包括：在圆心为O，半径为r圆上均布设置16个传声器；视觉采集模块是在圆心O，即光心，光轴方向向外，重合于Z轴位置置有工业相机，工业相机与上位机电连接，数据采集模块为数据采集卡与16个传声器输出端电连接，数据采集卡与上位机相连，数据处理模块处理计算采集的视觉数据、声音数据，解算声源角度，显示声源在照片中的位置及其声强功率大小。还包括声源定位方法。能够得到角度搜寻范围，避免伪峰的出现；采取变步长功率谱峰搜寻角度，逐次逼近声源角度，提高精度和减少计算次数；根据坐标逆映射计算像素点对应下的角度及其声强功率大小进行图像处理完成图像融合，实现声源可视化。

技术领域

本发明的技术涉及声源定位领域，是一种圆阵列声源定位可视化系统及方法。

背景技术

现有技术中，核电厂设备的运行状况愈加复杂，故障原因也越来越多，依赖人工经验进行设备故障检测愈发困难，因此设备故障自动检测技术越来越重要。而声学检测技术以其自身的非接触式特点，逐步受到了核电企业的重视。由于故障机械设备在运行中总伴随有机器噪声产生，这些噪声信号包含着机械设备运行的故障信息，因此可以通过机械噪声对设备进行故障声源定位。

现有的声源定位装置中，大多数是立体结构，例如中国专利申请号201710362998，名称为：“基于四元正交麦克风阵列的稳健声源定位方法”所使用的麦克风阵列为正四面体结构，这就导致装置体积大、阵列结构复杂、不易移动运输、易发生碰撞损坏；其次，目前的声源定位系统由于运算复杂，无法满足实时性的监测要求；声源定位系统只能以数字形式量化表示声音的位置信息，无法直观展现声源的具体位置及声音强度信息，可视化程度低、实用性差。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种圆阵列声源定位可视化系统及方法，以实现对声源的实时定位，并以可视化的方式展现声源的具体位置及声音强度信息。

实现本发明的目的采用的技术方案之一是：一种圆阵列声源定位可视化系统，其特征是，它包括：

在圆心为O，半径为r圆上均匀分布设置16个传声器；

一视觉采集模块，所述视觉采集模块包括：在位于圆心为O，即光心，光轴方向向外，重合于Z轴位置置有工业相机，所述工业相机通过USB线与上位机电连接，并将采集的视觉信息上传给上位机；

一数据采集模块，所述数据采集模块为数据采集卡，数据采集卡通过信号线与16个传声器输出端电连接，数据采集卡通过USB线与上位机相连，将传声器采集的声音信号以电压值输出给数据采集卡，数据采集将电压信息上传给上位机；

一数据处理模块，所述数据处理模块处理计算采集的视觉数据、声音数据，解算声源角度，显示声源在照片中的位置及其声强功率大小。

实现本发明的目的采用的技术方案之二是：一种圆阵列声源定位可视化系统，其特征是，它的声源定位方法的内容包括：

1)获取第5传声器接收的数据x₅、第13传声器接收的数据x₁₃，假设第13传声器相对于第5传声器的时延为τ_d，计算第5传声器、第13传声器接收数据的互相关

其中，E[·]为期望；

计算取得最大值时τ的值，得到时间差τ；

根据时间差τ的正负判断声源所处象限，确定方位角搜寻范围，若时间差为正，方位角搜寻范围为180°～360°，若时间差为负，方位角搜寻范围为0°～180°；

计算传声器收到声音信号的傅里叶变换，求出声源信号的主频f；

计算出声源信号的波长λ＝c/f；

计算角度为θ,时传声器阵列的矢量矩阵