專利名稱：一種噪聲源識(shí)別定位測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種噪聲源識(shí)別定位測試方法。
背景技術(shù)：
近年來，噪聲源識(shí)別定位測試技術(shù)廣泛應(yīng)用于船舶、航天航空、汽車行業(yè)、家電行業(yè)、電廠車間等環(huán)境噪聲檢測及其他各種機(jī)械設(shè)備的噪聲檢測領(lǐng)域中，通過了解噪聲源的位置分布及部分發(fā)聲特性，為降低噪聲提供理論依據(jù)，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，改善產(chǎn)品的聲輻射特性，取得減振降噪效果。傳統(tǒng)的噪聲源識(shí)別定位測試方法采用由一組在空間固定位置上分布的傳聲器組成的陣列對(duì)空間信號(hào)進(jìn)行測量，然后對(duì)聲場陣元信號(hào)進(jìn)行測量和分析， 得到聲場中聲源強(qiáng)度大小的相對(duì)值，實(shí)現(xiàn)噪聲源的識(shí)別定位。
其中，空間陣列的臨界頻率的定義如下:其中c是聲速，d是兩個(gè)相鄰陣元的距離，如果聲源頻率超過這個(gè)臨界值，在波束圖中將出現(xiàn)鏡像，形成空間混疊，影響測量的分辨率。為避免空間混疊的現(xiàn)象，通常采取減小陣元間距的方法。在保持陣元孔徑的前提下，減小陣元間距需要增多陣元個(gè)數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中并不現(xiàn)實(shí)，效果也不理想。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠減少空間混疊的高分辨率的噪聲源識(shí)別定位測試方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明的噪聲源識(shí)別定位測試方法采用如下步驟(1)在主控計(jì)算機(jī)上設(shè)定測量參數(shù)和分析參數(shù)；(2)通過轉(zhuǎn)動(dòng)傳聲器陣列進(jìn)行噪聲源的聲波掃描采集，并將獲得的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)利用固定在傳聲器陣列上的光學(xué)攝像機(jī)獲取聲源的實(shí)時(shí)圖像；(3)利用數(shù)據(jù)采集器獲取步驟(2)中的電信號(hào)，將其傳輸至主控計(jì)算機(jī)；(4)主控計(jì)算機(jī)對(duì)步驟(3)中的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合光學(xué)攝像機(jī)獲取的圖像形成并顯示噪聲源的聲像圖。
進(jìn)一步的，上述步驟中，步驟(2)中掃描采集方式為連續(xù)式采集或步距式掃描。
進(jìn)一步的，在本方法實(shí)施時(shí)，所述光學(xué)攝像機(jī)固定在傳聲器陣列的中心處。
進(jìn)一步的，在使用上述的噪聲源識(shí)別定位測試方法時(shí)，主控計(jì)算機(jī)分別與數(shù)據(jù)采集器和光學(xué)攝像機(jī)之間連接，所述傳聲器陣列與數(shù)據(jù)采集器之間連接。
進(jìn)一步的，在使用上述的噪聲源識(shí)別定位測試方法時(shí)，在步驟(4)中數(shù)據(jù)分析所用的算法為頻域波束形成算法。
本發(fā)明的積極效果如下本發(fā)明方法使用輪輻型傳聲器陣列，在測量過程中通過轉(zhuǎn)動(dòng)陣列，相當(dāng)于在陣列的兩根輪軸間按一定角度間隔均勻，插入一系列虛擬的輪軸，等效于加密后的真實(shí)陣列，進(jìn)而增加了測量中陣元的個(gè)數(shù)，縮小了陣元間距，在適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速下，陣列旋轉(zhuǎn)一周可獲得均勻清晰的波束圖，能夠有效避免鏡像的出現(xiàn)，從而有效抑制了空間混疊現(xiàn)象，在陣元個(gè)數(shù)相同的情況下，具有更高的分辨率，同時(shí)可根據(jù)需求改變陣列的陣型，滿足不同測量目標(biāo)需求。本發(fā)明可以通過一次測量識(shí)別定位噪聲源，解決傳統(tǒng)噪聲源識(shí)別多次測試才能解決、甚至無法解決的振動(dòng)噪聲測試分析問題，可以快速、準(zhǔn)確地解決復(fù)雜、高難度的聲振系統(tǒng)測試。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的傳聲器陣列的陣元坐標(biāo)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的實(shí)施例傳聲器陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例I的流程示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的流程示意圖；具體實(shí)施方式
下面通過對(duì)比試驗(yàn)來說明本發(fā)明的積極效果。
一種噪聲源識(shí)別定位測試方法，采用如下步驟(1)在主控計(jì)算機(jī)上設(shè)定測量參數(shù)和分析參數(shù)；(2)通過轉(zhuǎn)動(dòng)傳聲器陣列進(jìn)行噪聲源的聲波掃描采集，并將獲得的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)利用固定在傳聲器陣列上的光學(xué)攝像機(jī)獲取聲源的實(shí)時(shí)圖像；(3)利用數(shù)據(jù)采集器獲取步驟(2)中的電信號(hào)，將其傳輸至主控計(jì)算機(jī)；(4)主控計(jì)算機(jī)對(duì)步驟(3)中的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合光學(xué)攝像機(jī)獲取的圖像形成并顯示噪聲源的聲像圖。
所述步驟(2)中掃描采集方式為連續(xù)式采集或步距式掃描。
所述光學(xué)攝像機(jī)固定在傳聲器陣列的中心處。
所述主控計(jì)算機(jī)分別與數(shù)據(jù)采集器和光學(xué)攝像機(jī)之間連接，所述傳聲器陣列與數(shù)據(jù)采集器之間連接。
所述步驟(4)中數(shù)據(jù)分析所用的算法為頻域波束形成算法。本算法首先將獲得的電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為聲壓數(shù)據(jù)，再利用頻域波束形成算法對(duì)其進(jìn)行分析，獲得聚焦面上的聲源分布。將此聲源分布繪制為二維云圖形式，與攝像機(jī)獲得的圖像進(jìn)行合并，最后獲得噪聲源的聲像圖。
本方法在具體使用的時(shí)候，分別使用傳統(tǒng)陣列和本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)陣列對(duì)五個(gè)聲源進(jìn)行噪聲源的識(shí)別定位測試，所使用的陣元直徑和個(gè)數(shù)相同，在聲源頻率相同的情況下，比較各個(gè)陣型聲源識(shí)別的效果。
在使用傳統(tǒng)陣列測量時(shí)，在傳統(tǒng)陣列識(shí)別中空間混疊現(xiàn)象非常明顯，虛源的幅度已經(jīng)接近甚至超過了真實(shí)聲源的幅度；而使用本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)陣列測量時(shí)，識(shí)別效果中沒有出現(xiàn)虛源，可以明顯地區(qū)分出5個(gè)真實(shí)噪聲源，對(duì)空間混疊現(xiàn)象的抑制效果非常顯著。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例I，本實(shí)施例的傳聲器陣列為帶有五根輪軸I的車輪陣，每兩根輪軸之間的夾角為72°，傳聲器I即陣元的個(gè)數(shù)為30，輪軸及陣元坐標(biāo)圖如圖I所示，從圖中看出，每個(gè)輪軸上編號(hào)相同的陣元點(diǎn)位于以陣列中心為圓心的不同的同心圓上。在實(shí)際設(shè)計(jì)本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)的時(shí)候，考慮傳聲器陣列結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和美觀性，將傳聲器陣列設(shè)計(jì)成2個(gè)同心外環(huán)、內(nèi)有一個(gè)五邊形的形狀，如圖2所示。
在測試中，每隔6°進(jìn)行一次數(shù)據(jù)的采集，則相當(dāng)于在兩根輪軸之間增加了十一根虛擬輪軸，使陣元個(gè)數(shù)變?yōu)?60。
使用時(shí)傳聲器陣列固定在支架上，支架為標(biāo)準(zhǔn)三腳架，其應(yīng)具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)其結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于測試時(shí)的現(xiàn)場安裝，且安裝架截面積越小越有利于避免其對(duì)測試產(chǎn)生的干擾。光學(xué)攝像頭采用高分辨率的數(shù)碼相機(jī)，安裝在傳聲器陣列的中心位置，數(shù)據(jù)采集器為32通道，分辨率為16或24，最大采樣率在102. 4kHz以上。
本實(shí)施例噪聲源識(shí)別定位測試方法，采用如下步驟，其流程示意圖如圖3所示(1)在主控計(jì)算機(jī)上設(shè)定輸入測量參數(shù)和分析參數(shù)，測試參數(shù)主要包括電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、 采樣間隔、傳聲器距聲源聚焦面的距離；分析參數(shù)主要包括聲源聚集面的尺寸及各聚焦點(diǎn)的坐標(biāo)、分析頻率或頻段；(2)啟動(dòng)傳聲器陣列的電機(jī)和數(shù)據(jù)采集器，在電機(jī)的帶動(dòng)下使陣列旋轉(zhuǎn)，傳聲器開始對(duì)噪聲源聲波進(jìn)行掃描采集，獲得聲信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，與此同時(shí)光學(xué)攝像機(jī)獲取聲源的實(shí)時(shí)圖像；傳聲器陣列的掃描采集方式采用連續(xù)式掃描，即在掃描過程中，陣列連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中實(shí)時(shí)瞬間采集。采集時(shí)，主控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控傳聲器陣列的位置，檢測陣列的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)采集位置時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集器獲取電信號(hào)，完成數(shù)據(jù)采集；(3 )數(shù)據(jù)采集器獲取步驟(2 )中的電信號(hào)，將其傳輸至主控計(jì)算機(jī)；(4 )主控計(jì)算機(jī)對(duì)步驟(3 )中的電信號(hào)采用頻域波束形成算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合通過光學(xué)攝像機(jī)獲取的圖像形成并顯示噪聲源的聲像圖。
實(shí)施例2 :本發(fā)明的另一種實(shí)施方式。
本實(shí)施例與實(shí)施例I的不同之處在于，傳聲器陣列的掃描采集方式采用步距式掃描，即陣列每轉(zhuǎn)過一個(gè)角度間隔時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，等待采集完成后再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成數(shù)據(jù)的采集。本實(shí)施例的步驟流程示意圖如圖4所示。
以上所述，為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種噪聲源識(shí)別定位測試方法，其特征在于，采用如下步驟 (1)在主控計(jì)算機(jī)上設(shè)定測量參數(shù)和分析參數(shù)； (2)通過轉(zhuǎn)動(dòng)傳聲器陣列進(jìn)行噪聲源的聲波掃描采集，并將獲得的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)利用固定在傳聲器陣列上的光學(xué)攝像機(jī)獲取聲源的實(shí)時(shí)圖像； (3)利用數(shù)據(jù)采集器獲取步驟(2)中的電信號(hào)，將其傳輸至主控計(jì)算機(jī)； (4)主控計(jì)算機(jī)對(duì)步驟(3)中的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合光學(xué)攝像機(jī)獲取的圖像形成并顯示噪聲源的聲像圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲源識(shí)別定位測試方法，其特征在于，所述步驟(2)中掃描采集方式為連續(xù)式采集或步距式掃描。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲源識(shí)別定位測試方法，其特征在于，所述光學(xué)攝像機(jī)固定在傳聲器陣列的中心處。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲源識(shí)別定位測試方法，其特征在于，所述主控計(jì)算機(jī)分別與數(shù)據(jù)采集器和光學(xué)攝像機(jī)之間連接，所述傳聲器陣列與數(shù)據(jù)采集器之間連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的噪聲源識(shí)別定位測試方法，其特征在于，所述步驟(4)中數(shù)據(jù)分析所用的算法為頻域波束形成算法。
全文摘要
一種噪聲源識(shí)別定位測試方法，采用如下步驟(1)在主控計(jì)算機(jī)上設(shè)定測量參數(shù)和分析參數(shù)；(2)通過轉(zhuǎn)動(dòng)傳聲器陣列進(jìn)行噪聲源的聲波掃描采集，并將獲得的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，同時(shí)利用固定在傳聲器陣列上的光學(xué)攝像機(jī)獲取聲源的實(shí)時(shí)圖像；(3)利用數(shù)據(jù)采集器獲取步驟(2)中的電信號(hào)，將其傳輸至主控計(jì)算機(jī)；(4)主控計(jì)算機(jī)對(duì)步驟(3)中的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合光學(xué)攝像機(jī)獲取的圖像形成并顯示噪聲源的聲像圖。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)噪聲源的快速識(shí)別與定位，相比較傳統(tǒng)的噪聲源識(shí)別技術(shù)可顯著提升測試精度，快速、準(zhǔn)確地解決復(fù)雜振動(dòng)結(jié)構(gòu)體的噪聲測試。
文檔編號(hào)G01H9/00GK102980647SQ20121048286
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者張若愚, 聶佳, 申和平 申請(qǐng)人:北京神州普惠科技股份有限公司