[發(fā)明專利]一種用于目標(biāo)噪聲測(cè)試的三維聲學(xué)傳感器陣列

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610764026.2
• 申請(qǐng)日: 2016-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107782441B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張若愚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張若愚
• 主分類號(hào): G01H17/00
• 分類號(hào): G01H17/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張?jiān)菩?/td>

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于目標(biāo)噪聲測(cè)試的三維聲學(xué)傳感器陣列，采用螺旋雙錐式聲學(xué)傳感器陣列，所述螺旋雙錐式聲學(xué)傳感器陣列由N條直線陣組成。所述螺旋雙錐式聲學(xué)傳感器陣列由圓柱陣演變而來(lái)，設(shè)一圓柱形陣列為N條相同直線聲學(xué)傳感器陣列在圓周方向均勻分布而成，固定最下層圓環(huán)，將頂層圓環(huán)繞圓柱軸旋轉(zhuǎn)角度α，α值介于0°至180°之間，所形成的陣列即為螺旋雙錐式陣列。本發(fā)明有益效果：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)聲學(xué)傳感器陣列在三維空間進(jìn)行輻射噪聲的探測(cè)與測(cè)量，且通過(guò)調(diào)整聲學(xué)傳感器的位置控制陣列的束寬，實(shí)現(xiàn)水平方向與垂直方向束寬恒定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲學(xué)測(cè)量與聲學(xué)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種適用于寬帶輻射噪聲測(cè)試與三維空間分布噪聲源被動(dòng)探測(cè)的三維聲學(xué)傳感器陣列。

背景技術(shù)

噪聲測(cè)量與噪聲源識(shí)別定位測(cè)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(cè)及其它各種機(jī)械設(shè)備的噪聲檢測(cè)領(lǐng)域中，通過(guò)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)的噪聲測(cè)量與噪聲源識(shí)別定位測(cè)試方法包括：

一.基于單個(gè)聲學(xué)傳感器的目標(biāo)輻射噪聲測(cè)試。當(dāng)被測(cè)目標(biāo)的聲源級(jí)較高，測(cè)試系統(tǒng)所處的測(cè)試環(huán)境背景噪聲級(jí)與被測(cè)目標(biāo)聲源級(jí)相比較低時(shí)，可以采用基于單個(gè)聲學(xué)傳感器的目標(biāo)輻射噪聲測(cè)試方法。基于單個(gè)聲學(xué)傳感器的目標(biāo)輻射噪聲測(cè)試方法可以在高信噪比的情況下對(duì)目標(biāo)的聲源級(jí)進(jìn)行測(cè)量，但是不能對(duì)噪聲源進(jìn)行定位。

二.基于聲學(xué)傳感器陣列的輻射噪聲測(cè)試。聲學(xué)傳感器陣列利用其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能夠獲得有益于噪聲測(cè)量測(cè)試的空間指向性，利用空間指向性可以提到在某一測(cè)量方向的信噪比，即空間增益，從而可以檢測(cè)更微弱的噪聲信號(hào)。基于聲學(xué)傳感器陣列的輻射噪聲測(cè)試方法，既可以進(jìn)行輻射噪聲測(cè)量，也可以進(jìn)行噪聲源識(shí)別與定位。一般來(lái)說(shuō)，聲學(xué)傳感器陣列結(jié)構(gòu)，即給定數(shù)量的聲學(xué)傳感器在測(cè)試空間的分布形式，決定了空間增益的大小與空間指向性的分布特點(diǎn)。

三.恒定束寬波束形成技術(shù)，進(jìn)行噪聲測(cè)量的過(guò)程中，聲學(xué)傳感器陣列應(yīng)該盡可能的將被測(cè)物體所輻射出來(lái)的噪聲全部接收進(jìn)來(lái)，則主波束應(yīng)該完全覆蓋待測(cè)目標(biāo)如下圖1，圖中d₁為待測(cè)目標(biāo)尺寸的一半，d₂為基陣中心距離待測(cè)目標(biāo)的距離，根據(jù)d₁和d2可以得出最佳的主波束寬度θ，一般要求

而聲學(xué)傳感器陣列的尺寸以及陣元數(shù)目可以根據(jù)θ求得，另外的兩種情況將對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，即主波束寬度相對(duì)于待測(cè)目標(biāo)過(guò)窄或者過(guò)寬，如下圖2和圖3所示。

采用聲學(xué)傳感器陣列測(cè)量目標(biāo)的寬帶輻射噪聲，不僅需要陣列的空間指向性聚焦在被測(cè)目標(biāo)上，還需要在給定的信號(hào)測(cè)量頻段內(nèi)保持空間指向性的恒定，來(lái)確保所得信號(hào)的頻譜特性不會(huì)發(fā)生畸變，例如，主波束過(guò)窄就不能獲得目標(biāo)全部輻射噪聲而導(dǎo)致測(cè)量錯(cuò)誤，而主波束過(guò)寬則會(huì)引入過(guò)多的環(huán)境背景噪聲，導(dǎo)致信噪比降低，進(jìn)而是測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確或者無(wú)效。對(duì)于常規(guī)波束形成，由于聲學(xué)傳感器陣列的空間指向性是頻率的函數(shù)所以陣列的空間指向性圖主波束寬度應(yīng)該盡量與待測(cè)目標(biāo)的尺寸相匹配。

四.線性嵌套陣的設(shè)計(jì)。線性嵌套陣不僅可以在比較寬的頻率范圍上實(shí)現(xiàn)恒定束寬波束形成，而且用這種方法來(lái)設(shè)計(jì)線列陣還可以節(jié)省陣元傳感器，并減小基陣長(zhǎng)度。通常，以基陣所要測(cè)量的信號(hào)的最高的頻率波長(zhǎng)的一半，作為最小的陣元間距。布陣時(shí)保持各個(gè)子陣的陣元數(shù)目相同，例如一個(gè)4層嵌套陣，所要測(cè)量的信號(hào)頻率范圍是[f0,fn]，則該基陣的最小陣元間距為d₁＝c/(2fn)，子陣1的陣元數(shù)目為M，子陣2的陣元間距為d₂＝2d₁，陣元數(shù)目同陣元1的相同為M。則子陣1和子陣2就可以測(cè)量一個(gè)倍頻程頻率的信號(hào)。子陣3的陣元間距為子陣2的2倍，即d₃＝2d₂，陣元數(shù)目為M個(gè)。同樣，子陣4的陣元間距d₄＝2d₃，陣元數(shù)目為M。結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。