[发明专利]一种基于异构麦克风阵列的声学成像仪

说明书

本发明公开了一种基于异构麦克风阵列的声学成像仪，包括光学摄像头和麦克风阵列，所述麦克风阵列包括至少两组不同频率响应的麦克风子阵列，每个所述麦克风子阵列包括至少三个谐振式麦克风，所述光学摄像头位于所述麦克风阵列的几何中心。本发明提出的基于异构麦克风阵列的声学成像仪由多个子阵列组成，每个子阵列由多个谐振式麦克风组成，不同子阵列的频率响应不同，通过多个子阵列的组合可以使阵列整体获得很宽的响应带宽，弥补了单个谐振式麦克风带宽窄的缺点，实现宽频带的声波探测；同时谐振式麦克风工作在谐振频率附近，可以获得很高的灵敏度，使声学成像仪可以探测到微弱的声波信号。

技术领域

本发明涉及声学成像技术领域，特别涉及一种基于异构麦克风阵列的声学成像仪。

背景技术

声学成像仪是一种新型的声源定位设备，利用麦克风阵列波束成形技术获取空间中的声源分布数据，并且配合高清光学摄像头实时采集视频画面，将声源数据与视频数据融合，可以在屏幕上实时显示声源位置和强度。近年来，声学成像仪广泛应用于电力、化工、汽车等领域。例如，在电力输送线路中，局部放电会产生超声波，声学成像仪可以在较远的距离检测局部放电故障；在化工系统中，气体泄漏检测至关重要，目前主要采用喷涂肥皂水的方法来检漏，声学成像仪可以检测到气体泄漏时产生的声波能量，精准地显示泄漏位置。

传统的声学成像仪一般采用同构麦克风阵列，即阵列中所有麦克风的频率响应均相同。为了能尽量检测到频带更宽的声源信号，声学成像仪一般选用响应带宽很宽的MEMS超声麦克风，用数十或数百个相同的超声麦克风按照一定形状排布成阵列。然而，目前的声学成像仪存在两个缺点：一是响应频率不够高，某些场景下局部放电的信号频率可达100kHz，而当前的声学成像仪受到麦克风带宽和数据采集速度的限制，响应频率往往小于50kHz；二是灵敏度不够高，在检测微小气体泄漏时这一点尤为重要，灵敏度和信噪比限制了最小能检测到的泄漏速率。宽频率响应与高灵敏度在单个麦克风上一般是互相矛盾的，这是由麦克风的机械结构特性决定的。传统的麦克风工作在较为平坦的频率响应区域，带宽较宽，但是灵敏度较低；谐振式麦克风工作在谐振频率附近，带宽较窄，但在谐振频率点的灵敏度很高，可以达到低频时的数倍甚至数十倍。

因此，如何同时实现宽频带和高灵敏度的声波检测是当前声学成像技术的难点。基于传统MEMS麦克风阵列的声学成像仪的响应频率不够高且灵敏度较低，影响了声学成像仪对高频信号和微弱信号的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于异构麦克风阵列的声学成像仪，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种基于异构麦克风阵列的声学成像仪，包括光学摄像头和麦克风阵列，所述麦克风阵列包括至少两组不同频率响应的麦克风子阵列，每个所述麦克风子阵列包括至少三个谐振式麦克风，所述光学摄像头位于所述麦克风阵列的几何中心。

作为优选的，所述麦克风子阵列以光学摄像头为中心，按照螺旋线形状排布，每个所述麦克风子阵列中的谐振式麦克风按照螺旋线排列。

作为优选的，不同所述麦克风子阵列中的谐振式麦克风频率响应曲线不同，同一个麦克风子阵列中的谐振式麦克风频率响应曲线相同。

作为优选的，不同所述麦克风子阵列间隔固定角度依次排列，形成360°的螺旋阵，所述固定角度为360°/m，其中m为麦克风子阵列组数。