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聲學成像儀的原理基於咪高峰陣列的聲源定位

2023-04-14 09:31:03 saipus

工業聲學成像儀的原理基於咪高峰陣列的聲源定位原理 。一般來說 ,基於咪高峰陣列的聲源定位算法劃分為三類 :一是基於波束形成的方法;二是基於高解像度譜估計的方法;三是基於聲達時延差(TDOA)的方法 。

聲學成像儀

1 ,波束形成(Beamforming) :

基於最大輸出功率的可控波束形成技術 Beamforming ,它的基本思想就是將各陣元採集來的信號進行加權求和形成波束 ,通過搜索聲源的可能位置來引導該波束 ,修改權值使得傳聲器陣列的輸出信號功率最大 。這種方法既能在時域中使用 ,也能在波域中使用 。它在時域中的時間平移等價於在波域中的相位延遲 。在波域處理中 ,首先使用一個包含自譜和互譜的矩陣 ,我們稱之為互譜矩陣(Cross-Spectral Matrix ,CSM) 。在每個感興趣波長之處 ,陣列信號的處理給出了在每個給定的空間掃描網格點上或每個信號到達的能量水平 。因此 ,陣列表示了一種與聲源分佈相關聯的響應求和後的數量 。這種方法適用於大型咪高峰陣列 ,對測試環境適應性強 。

2 ,基於高解像度譜估計的方法 :

該方法通過估計信號的高頻部分來確定聲源的位置 。這種方法通常基於快速傅里葉變換(FFT)或短時傅里葉變換(STFT) 。由於高頻信號在空間中具有較好的衰減 ,因此該方法在檢測低頻聲源方面具有優勢 。但是 ,這種方法受到信號帶寬的限制 ,因此在應用中需要選擇合適的帶寬 。

3 ,基於聲達時延差(TDOA)的方法 :

該方法利用接收到的信號到達時間差(TDOA)來確定聲源的位置 。該方法具有抗多徑干擾和抗建築物和植被等多種干擾的能力 ,因此在實際應用中得到了廣泛的應用 。但是 ,這種方法需要接收端採用一定的技術來消除多徑干擾的影響 。


基於咪高峰陣列的聲源定位方法各有優缺點 :因此選擇合適的方法需要根據具體情況進行權衡 。

1)基於波束形成的方法適用於大型咪高峰陣列 ,對測試環境適應性強 ,但是在檢測低頻聲源方面可能存在局限性 。

2)基於高解像度譜估計的方法通常基於快速傅里葉變換(FFT)或短時傅里葉變換(STFT) ,具有良好的抗多徑干擾和抗建築物和植被等多種干擾的能力 ,但是受到信號帶寬的限制 ,在應用中需要選擇合適的帶寬 。

3)基於聲達時延差的方法具有抗多徑干擾和抗建築物和植被等多種干擾的能力 ,但是需要接收端採用一定的技術來消除多徑干擾的影響 。

聲學成像儀應用 :

    聲學成像儀是一種用於檢測氣體管道 、設備狀態 、局部放電等的儀器 。它具有直觀 、快速 、準確等優點 ,可以無死角地較快速準確地定位到漏點的位置 ,應用於工廠各種氣體管道的日常巡檢 ,提高生產安全係數 。此外 ,聲學成像儀還可以應用於氣密性監測 、局部放電監測 、設備狀態監測等方面 。在氣體管道巡檢方面 ,聲學成像儀可以較快速精準地定位到漏點的位置 ,應用於工廠多種氣體管道的日常巡檢 ,提高生產安全係數 。在氣密性監測方面 ,聲學成像儀可以提高檢測效率 ,縮短檢修時間 ,適用於工廠在年檢或停產檢修時 ,對設備進行氣密性檢驗 。

在局部放電監測方面 ,聲學成像儀也可以快速定位工廠變電站內的局部放電點位 ,有效預防因線路放電燒斷而導致停產 。在設備狀態監測方面 ,聲學成像儀能夠分析設備工作時發出的聲波特性來推測設備運行狀態 ,對於異常情況早發現早處理 ,為設備正常工作保駕護航 。