一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器，涉及一種聲學(xué)傳聲器，該傳聲器包括聲學(xué)傳感材料、圓柱形基體、微型信號處理系統(tǒng)、聲學(xué)傳感材料裝在圓柱形基體上，圓柱形基體通過螺口A與微型信號處理系統(tǒng)相連，微型信號處理系統(tǒng)上設(shè)有微型天線和螺口，能通過微型天線向上位機無線傳送數(shù)據(jù)，通過螺口B能與上位機能通過有線傳送數(shù)據(jù)是一微型化、輕量化的傳聲器，具有自我校正、自我采集數(shù)據(jù)、數(shù)字化輸出，調(diào)試非常簡單，測量時可以減少大量的人力與物力，可以減輕人們的勞動強度，能提高測量數(shù)據(jù)的精度，同時特別能適合現(xiàn)場作業(yè)。
【專利說明】
-種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種聲學(xué)傳聲器，特別是一種用于多點組網(wǎng)測試的高速智能無線聲學(xué) 數(shù)字傳聲器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在一些大型聲場測試時，需要同步采集多點的聲壓，如近場聲全息技術(shù)(NAH)中的 全息面上就要同時測試多個點的聲壓，需要大量的聲學(xué)傳聲器，普通的聲學(xué)傳聲器，由于工 藝的原因，每一個傳聲器都是有差異的，因此傳聲器的校正變得非常麻煩，另外每一個傳聲 器必須過電纜線與信號采集裝置相連，當測點較多且需要同步采集數(shù)據(jù)時，運時連線就變 得非常麻煩，工作量非常大。另外運種傳聲器一般只有模擬信號輸出，因此對信號采集系統(tǒng) 要求較高，因此有必要發(fā)明一種微型，智能化無線高速傳聲器，該傳聲器具有自我校正，自 我同步，自我采集數(shù)據(jù)，信號輸出是數(shù)字信號，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連線可W用有線連接，也 可W用無線連接，由于該傳聲器采用了RFID技術(shù)，每一個測點都具有唯一地址，與上位機之 間能自動識別，非常方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目是提供一種微型，智能化無線高速傳聲器，該傳聲器的安裝與調(diào)試都 比較簡單，測量時可W減少大量的人力與物力，可W減輕人們的勞動強度，同時能提高測量 數(shù)據(jù)的精度，特別適合現(xiàn)場作業(yè)。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:該聲學(xué)傳感器包括聲學(xué)傳感材料、圓 柱形基體、微型信號處理系統(tǒng)，聲學(xué)傳感材料裝在圓柱形基體上，基體通過螺口 A與微型信 號處理系統(tǒng)相連，微型信號處理系統(tǒng)上設(shè)有微型天線和螺口 B，能過微型天線向上位機無線 傳送數(shù)據(jù)，通過螺口 B能與上位機能通過有線傳送數(shù)據(jù);所述微型信號處理系統(tǒng)包括RFID智 能數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、通道校正信號產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、信號調(diào)理模塊;所述 RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊包括RFID智能數(shù)據(jù)處理單元、與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元相連的數(shù)據(jù) 輸出有線無線接口單元，數(shù)據(jù)輸出有線無線接口單元中的無線接口與微型天線相連，有線 接口與螺口 B相連，RFID智能數(shù)據(jù)處理單元還與數(shù)據(jù)采集模塊中的基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收 控制單元相連，還與電源模塊中的電源單元相連。
[0005] 本發(fā)明的進一步的技術(shù)方案是:所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收 控制單元，與基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收控制單元相連的FPGA數(shù)據(jù)接口單元、FPGA配置單元， FLASH及FLASH數(shù)據(jù)驅(qū)動單元，與FPGA數(shù)據(jù)接口單元相連的高速A/D元，基于FPGA數(shù)據(jù)采集接 收控制單元還與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元相連。
[0006] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案是:所述的通道校正信號產(chǎn)生模塊包括DDS單元，與 DDS單元相連的信號過零比較單元，DDS單元還與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元相連，信號過零比 較單元還要與信號調(diào)理模塊的信號前置放大單元相連。
[0007] 本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案是:所述的信號調(diào)理模塊包括與高速A/D單元相連的 信號偏置單元、與信號偏置單元相連的信號差動放大單元、與信號差動放大單元相連的帶 通濾波單元、與帶通慮波單元相連的信號前置放大單元、與信號前置放大單元相連的聲學(xué) 傳感單元。所述的電源模塊包括電源單元，與RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊相連。
[0008] 由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明一種具有W下有益效果：
[0009] (1)裝置簡單、輕巧，調(diào)試方便
[0010] 本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器，結(jié)構(gòu)很簡單，也很輕巧，安裝非 常方便，不需要連接大量的信號電纜，可W大大節(jié)省人力物力，減輕人們的勞動強度，特別 是在大型、多點測試的復(fù)雜穩(wěn)定聲場測試中效果更加明顯。
[0011] (2)能使測試數(shù)據(jù)更加精確，可靠
[0012] 本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器，由于采用自適應(yīng)算法，具有自 我校正，自我測試功能，同時通過智能RFID技術(shù)，能自動組網(wǎng)，所W使測試的數(shù)據(jù)更加可靠， 精確。
[0013] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器做進 一步說明。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器微型信號處理系統(tǒng)的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器微型信號處理系統(tǒng)總體控 制流程圖
[0017] 圖4是本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器微型信號處理系統(tǒng)通道校 正流程圖
[0018] 圖5是是本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器微型信號處理系統(tǒng)數(shù)據(jù) 處理流程圖
[0019] 圖6是本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器微型信號處理系統(tǒng)向上位 機發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖
[0020] 圖7自適應(yīng)算法示意框圖 主要元件標號說明：1聲學(xué)傳感材料、2-基體、3、螺口A、4-微型信號處理系統(tǒng)、5、微型天 線、6、螺口 B。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1至圖6所示，本發(fā)明一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器，該聲學(xué)傳聲 器包括聲學(xué)傳感材料1、圓柱形基體2、微型信號處理系統(tǒng)4,聲學(xué)傳感材料1裝在圓柱形基體 2上，圓柱形基體2通過螺口 A3與微型信號處理系統(tǒng)4相連，微型信號處理系統(tǒng)4上設(shè)有微型 天線5和螺口 B6,能過微型天線5向上位機無線傳送數(shù)據(jù)，通過螺口 B6能與上位機能通過有 線傳送數(shù)據(jù)。所述微型信號處理4系統(tǒng)包括RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊41、電源模塊42、通道校 正信號產(chǎn)生模塊43、數(shù)據(jù)采集模塊44、信號調(diào)理模塊45。所述RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊41包括 RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102、與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102相連的數(shù)據(jù)輸出有線無線接口 單元4101，據(jù)輸出有線無線接口單元4101中的無線接口與微型天線6相連，有線接口與螺口 B相連，RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102還與數(shù)據(jù)采集模塊44中的基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收控制 單元4401相連，還與電源模塊42中的電源單元4201相連，RDIF智能數(shù)據(jù)處理模塊41是整個 微型信號處理系統(tǒng)4的控制中屯、，接收上位機的指令，根據(jù)上位機的指令完成通道的自我校 正、數(shù)據(jù)的自我采集、數(shù)據(jù)的自我處理、數(shù)據(jù)的加密，數(shù)據(jù)的上傳;數(shù)據(jù)輸出有線無線接口單 元4101是一個與上位機交換數(shù)據(jù)的一個接口，聲學(xué)傳感材料1可W用壓電材料或者其他聲 學(xué)傳感材料，圓柱形基體2可W不誘鋼材料，微型信號系統(tǒng)4中所用的元器全部采用貼片器 件，W減少微型信號處理系統(tǒng)4的體積。
[0022] 所述的數(shù)據(jù)采集模塊44包括基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收控制單元4401，與基于FPGA數(shù) 據(jù)采集接收控制單元4401相連的FPGA數(shù)據(jù)接口單元4402、FPGA配置單元4403，F(xiàn)LA細及 FLA細驅(qū)動單元4404、與FPGA數(shù)據(jù)接口單元4402相連的高速A/D單元4405,基于FPGA數(shù)據(jù)采 集接收控制單元4401還與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元相連4102,基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收控制單 元4401還需一些通用的附屬單元，由于是一些通用單元，一般的資料上都用，圖2中沒有標 出；基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收控制單元4401接收RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102中指令，完成數(shù) 據(jù)的高速采集，它主要是接收來自高速A/D單元4405的數(shù)據(jù)，并把采集的數(shù)據(jù)暫時保存在 FLA細及FLASH數(shù)據(jù)驅(qū)動單元4403中的FLA甜中，根據(jù)控制流程提供的相應(yīng)算法對數(shù)據(jù)進行 處理，然后根據(jù)RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102的指令，把數(shù)據(jù)上傳到RDIF智能數(shù)據(jù)處理單元 4102進行加密，再通過RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102上傳到上位機。
[0023] 所述的通道校正信號產(chǎn)生模塊43包括孤S單元4301，與孤S單元4301相連的信號過 零比較單元4302,0DS單元4301還與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102相連，DDS單元4301主要是 根據(jù)RFID智能數(shù)據(jù)處理單元4102發(fā)來的頻率控制字生成一個用做通道校正的標準模擬正 弦波，DDS單元4301比普通文獻中所描述的DOS單元多一個D/A變換，即把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模 擬信號，信號過零比較單元4302主要對孤S單元4301產(chǎn)生的正弦波做一次相位校正。
[0024] 所述的信號調(diào)理模塊45包括與高速A/D單元4405相連的信號偏置單元4505、與信 號偏置單元4505相連的信號差動放大單元4504、與信號差動放大單元4504相連的帶通濾波 單元4503、與帶通慮波單元4503相連的信號前置放大單元4502、與信號前置放大單元4502 相連的聲學(xué)傳感單元4501;信號前置放大單元4502還與信號過零比較單元4302相連，信號 偏置單元4505是對信號進行電平上移，使信號符合A/D變換的要求，信號差動放大單元4504 目的是進一步提高信號的信噪比：所述的電源模塊42包括電源單元4201，與RFID智能數(shù)據(jù) 處理模塊41相連;電源單元4201是給整個微信號處理系統(tǒng)4中的各個單元提供電源。
[0025] 本發(fā)明之一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器的微型信號處理系統(tǒng)4的控制 過程為:首先系統(tǒng)上電，RFID智能忍片初始化，然后FPGA忍片加載程序進行初始化，初始化 完成后，進入通道的校正流程，通道校正流程結(jié)束后，向上位機發(fā)送通道就緒信息，然后判 斷是否收到上機的應(yīng)答信息，如果已收到則開始采集數(shù)據(jù)并記錄采集數(shù)據(jù)的起始、結(jié)束時 亥IJ，如果沒有，就判斷是否已多次重發(fā)，如是多次重發(fā)，則系統(tǒng)出錯，如不是，則返回向上位 機發(fā)送通道就緒信息，數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，則進入數(shù)據(jù)處理及存儲流程，數(shù)據(jù)處理及存儲流程 結(jié)束后進入向上位機發(fā)送請接收數(shù)據(jù)的命令，如收到上位機的應(yīng)答信息，則向上位機發(fā)送 數(shù)據(jù)，如沒有收到，則判斷是否多次重發(fā)，如多次重發(fā)，則系統(tǒng)出錯，如沒有，則返回向上位 機發(fā)送請求接收數(shù)據(jù)命令，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，則判斷是否再次收到上位機要求采集數(shù)據(jù)的 命令，如有，則返回采集數(shù)據(jù)并記錄采集數(shù)據(jù)的起始、結(jié)束時刻，如沒有收到，就結(jié)束。
[00%]所述的通道校正流程為:RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊41給通道校正信號產(chǎn)生模塊43和 數(shù)據(jù)采集模塊44發(fā)出應(yīng)答信號，然后判斷是否全部收到應(yīng)答信號，如果沒有收到，則判斷 是否多次重發(fā)，如是多次重發(fā)，則系統(tǒng)出錯，否則返回向上述兩個模塊發(fā)出應(yīng)答信號，如果 收到全部應(yīng)答信號，則RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊41給通道校正信號產(chǎn)生模塊43中的DDS單元 4301送出一個頻率控制字、通道校正信號產(chǎn)生模塊43送出一個標準正弦信號，同時數(shù)據(jù)采 集模44進行同步采樣、采樣時長為=個信號周期，采完=個周期數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析，數(shù) 據(jù)分析完后，判斷是否為正弦信號，如不是，則系統(tǒng)出錯，如果是，則利用通道校正信號產(chǎn)生 模塊43產(chǎn)生的標準正弦信號與數(shù)據(jù)采集模塊44采集的數(shù)據(jù)求出通道幅值、頻率、相位校正 數(shù)，同時利用自適應(yīng)算法求出通道的背景噪聲，即把通道校正信號產(chǎn)生模塊43產(chǎn)生標準信 號做為參考信號輸入，把數(shù)據(jù)采集模塊44采集的信號作為源輸入信號，確定步長與權(quán)值，代 入自適應(yīng)算法公式，得出的誤差信號就是通道的背景噪聲信號Noise。
[0027]所述的數(shù)據(jù)處理流程為:利用通道校正流程求得的通道背景噪聲作為參考信號輸 入，W實測采集得到的信號作為源信號輸入，利用自適應(yīng)算法求出聲源福射信號，即把通道 校正流程得到的Noise信號作為參考輸入信號，把數(shù)據(jù)采集模塊44實測得到的聲源福射信 號+背景噪聲信號Noise作為源信號輸入，確定步長與權(quán)值，然后代入自適應(yīng)算法，得到的誤 差信號就是聲源福射信號，同時利用通道校正流程求得的頻率、幅值、相位校正系數(shù)，對信 號進行校正，校正完數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)存儲于FLASH及FLASH數(shù)據(jù)驅(qū)動單元4404中的FLA甜中。 [00巧]所述的上位機接收電路，同樣基于由RFID智能忍片nRF2化El或類似的忍片組成， 方法與RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊44相同，只過在RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊44中是發(fā)送數(shù)據(jù)，上 位機中是接收數(shù)據(jù)，RFID智能忍片nRF24LEl同時具有發(fā)射和接收功能。
[0029] 所述的向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)的流程為:數(shù)據(jù)采集模塊44向RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊41 傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊44中進行數(shù)據(jù)加密，然后通過數(shù)據(jù)輸出有線無線 接口單元4101向上位機傳送數(shù)據(jù)。
[0030] 所述的自適應(yīng)算法算法公式為：
[0031]
[0032]
[0033] 公式中的CT(/7)，A(n)為自適應(yīng)算法的權(quán)值信號與步長信號，y(n)是源信號輸入，U (n)是參考輸入信號，圖7為自適算法的示意圖，圖中e(n)誤差輸出。
【主權(quán)項】
1. 一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器其特征在于整個傳聲器包括聲學(xué)傳感材 料(1)、圓柱形基體(2)、微型信號處理系統(tǒng)(4)，聲學(xué)傳感材料（1)裝在圓柱形基體(2)上，圓 柱形基體(2)通過螺口 A(3)與微型信號處理系統(tǒng)(4)相連，微型信號處理系統(tǒng)(4)上設(shè)有微 型天線(6)和螺口 B(5)，能通過微型天線(6)向上位機無線傳送數(shù)據(jù)，通過螺口 B(5)能與上 位機通過有線傳送數(shù)據(jù);所述微型信號處理系統(tǒng)(4)包括RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊(41)、電源 模塊(42)、通道校正信號產(chǎn)生模塊(43)、數(shù)據(jù)采集模塊(44)、信號調(diào)理模塊(45);所述RFID 智能數(shù)據(jù)處理模塊（41)包括RFID智能數(shù)據(jù)處理單元（4102)、與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元 (4102)相連的數(shù)據(jù)輸出有線無線接口單元(4101)，數(shù)據(jù)輸出有線無線接口單元(4101)中的 無線接口與微型天線(6)相連，有線接口與螺口 B(5)相連，RFID智能數(shù)據(jù)處理單元(4102)還 與數(shù)據(jù)采集模塊(44)中的基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收控制單元(4401)相連，還與電源模塊(42) 中的電源單元(4201)相連。2. 正如權(quán)利要求1所述的一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器，其特征在于所述 的數(shù)據(jù)采集模塊(44)包括基于FPGA數(shù)據(jù)采集接收控制單元(4401)，與基于FPGA數(shù)據(jù)采集接 收控制單元(4401)相連的FPGA數(shù)據(jù)接口單元(4402)、FPGA配置單元(4403)，F(xiàn)LASH及FLASH 數(shù)據(jù)驅(qū)動單元(4402 )，與FPGA數(shù)據(jù)接口單元(4402)相連的高速A/D元(4405 )，基于FPGA數(shù)據(jù) 采集接收控制單元(4401)還與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元(4102)相連。3. 正如權(quán)利要求1所述的一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器，其特征在于所述 的通道校正信號產(chǎn)生模塊(43)包括DDS單元(4301)，與DDS單元(4301)相連的信號過零比較 單元(4302)，DDS單元(4301)還與RFID智能數(shù)據(jù)處理單元相連(4102)，信號過零比較單元 (4302)還要與信號調(diào)理模塊(45)的信號前置放大單元(4502)相連。4. 正如權(quán)利要求1所述的一種高速智能自適應(yīng)無線聲學(xué)數(shù)字傳聲器，其特征在于所述 的信號調(diào)理模塊(45)包括與高速A/D單元(4405)相連的信號偏置單元(4505)、與信號偏置 單元(4505)相連的信號差動放大單元(4504)、與信號差動放大單元(4504)相連的帶通濾波 單元(4503)、與帶通慮波單元相連(4503)相連的信號前置放大單元(4502)、與信號前置放 大單（4502)元相連的聲學(xué)傳感單元（4501)，信號前置放大單元（4502)還與高速A/D單元 (4405)相連;所述的電源模塊(42)包括電源單元(4201)，與RFID智能數(shù)據(jù)處理模塊(41)中 的RFID智能數(shù)據(jù)處理單元(4102)相連。
【文檔編號】H04R19/04GK105939508SQ201610309327
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】伍松, 李俞霖, 周振華
【申請人】廣西科技大學(xué)