一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列的製作方法

2023-09-17 01:58:45 4

專利名稱：一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列的製作方法
技術領域：
本發明屬於聲學測量傳聲器陣列領域，尤其是一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列。
背景技術：
傳聲器陣列對噪聲測量的聲像分離頻率下限與無虛像測量頻率上限是一對矛盾的指標，前者是由陣列的分辨能力決定，傳聲器陣列所能夠分辨出兩個聲源的最低頻率，其理論值是頻率下限對應的波長應小於陣列孔徑，後者是由陣列的最小陣元間距決定的，定義為在攝像頭視角範圍內不出現虛像的最高頻率，其理論值是頻率上限對應的波長不小於最小間距。由於聲像分離辨率下限是由陣列的孔徑決定的，而無虛像頻率上限是由陣上傳感器的密度決定的，因而存在三個互相關聯的問題:(1)為了降低可分離的頻率下限，需要擴大陣列的孔徑，進而將陣列做的很大；(2)由於陣列上傳感器的數量有限，在擴大孔徑後，傳感器的密集度降低導致間距擴大，進而使陣列對高頻聲音的成像測量頻率上限降低，當測量高頻時，容易出現虛像；(3)平面陣分不清前後，導致了一般的平面螺旋陣在使用中受到了很多局限。目前所有的傳感器陣列產品，包括丹麥B&K公司比薩餅陣、比利時LMS公司的MON-SN型三環形陣、德國GiFi公司環形陣、德國BBM公司的平面螺旋陣、德國HeadAcoustic的平面螺旋陣列、挪威Nor Sonic公司的Nor848平面陣、美國Acoustic Camera公司48channel Ring Array、法國ACB公司的AcVs型陣、韓國SM Instruments公司的平面螺旋陣、法國CAE公司的48元螺旋立體陣、北京聲望公司的平面螺旋陣和支條陣、中國科學院聲學研究所的InSYS2010型平面螺旋陣、北京世紀思創聲學技術有限公司的8 X 8平面矩形陣、廣州章和公司的IOX 10平面矩形陣、北京東方振動和噪聲研究所的5X5平面矩形陣、北京神洲普惠公司的36元平面螺旋陣、北京大學的平面陣螺旋陣實驗裝置、清華大學的矩形陣實驗裝置、西工大的環形陣實驗裝置等國內外平面陣型產品，都沒有做到既降低聲像分離頻率下限到200Hz，又能使無虛像頻率上限達到20kHz。美國專利US6473514B1公開了一`種可摺疊的均勻分布的直線陣列，其類似多節鞭狀結構，陣型簡單，定位功能不強，也不具有多種摺疊的工作狀態，摺疊主要是為了方便運輸。W02008/040991A3公開了一種利用多感器立體摺疊分布的球諧函數接收方法來獲得空間寬頻帶聲場的精確聲壓值的陣列，該陣列的特點是陣元傳感器無指向性，而陣列並非形成了一定的空間增益，不能實現對聲源的成像檢測。綜上所述，現有的傳聲器陣列都是相對固定的形態，沒有多模式可變立體傳聲器陣列，不能同時針對空間二維聲場和三維聲場的測量而兼顧擴大孔徑和提高陣元密集度的要求。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種結構穩定、形式多變、精度高、測量頻率範圍寬、具有全空間分辯能力、能夠獲得不同景深的聲像圖的雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列。本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的:—種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，包括主框、側翼和陣元節點，所述的側翼可前後摺疊地安裝在主框側邊上，所述主框和側翼為平面剛性支架組合，所述的陣元節點安裝在以中心點為圓心的八條逆時針旋轉的螺線、四條順時針旋轉的螺線上以及兩種螺線的交叉點上。而且，所述的陣元節點的數量為80個，每條逆時針螺線和每條順時針旋轉螺線上均有8個陣元，所有陣元節點均安裝在平面剛性支架的邊沿上。而且，所述的陣元節點包括陣元傳聲器、陣元底座放大器、陣元安裝絕緣環、陣元安裝鎖緊螺套和陣元信號線，陣元傳聲器安裝在陣元底座放大器上，該陣元底座放大器通過陣元安裝絕緣環和陣元安裝鎖緊螺套安裝在平面陣列剛性支架上設有的安裝孔內，所述的陣元信號線穿過陣元安裝鎖緊螺套的內孔被引出。而且，所述的側翼的數量為1、2、3、或4個。而且，所述的側翼通過三折鉸鏈與主框相連接，在主框前側的平面陣列剛性支架上安裝有前摺疊固定立柱並通過摺疊剛性撐杆與側翼相連接，在主框後側的平面陣列剛性支架上安裝有後摺疊固定立柱並通過摺疊剛性撐杆與側翼相連接，通過不同長度的摺疊剛性撐杆使側翼與主框固定為不同的角度以實現至少9陣列工作模式。而且，所述主框的前側中心位置安裝有陣列攝像頭，該陣列攝像頭通過通過攝像頭安裝套安裝在主框的中心孔內。而且，所述陣列攝像頭周圍的平面剛性支架上均布設有四個補光燈。而且，所述主框的 後側中心位置通過四個中心支撐杆安裝一主支撐盤，該主支撐盤通過四個斜拉支撐杆與主框的平面陣列剛性支架相連接，在主支撐盤的外側連接一螺紋環，在該螺紋環上連接有活接，通過該活接連接一個主支撐管。而且，所述的陣元傳聲器為1/4英寸或1/2英寸測量傳聲器。而且，所述的平面陣列剛性支架的材料為鋁合金、不鏽鋼或玻璃鋼，或者其他能夠保證陣列支架足夠剛性能材料。本發明的優點和積極效果是:1、本傳聲器陣列為一種剛性支架寬度小於12mm的平展後呈雙螺旋分布的陣列，平展後直徑Im的陣列的陣體在平面內的佔空比只有13%，平展後直徑2m陣列的陣體在平面內的佔空比只有6%，因此對聲場測量的影響小到可忽略。在此基礎上，通過摺疊陣列可以實現多種不同形式的陣列，實現了多種模式的立體陣列，既可以使其能夠區分前後，又能夠實現對高頻聲音的可分離測量分析。2、本傳聲器陣列的陣元傳聲器的位置有兩種互為反向的螺旋線分布，有利於提高探測精度，減小虛像。3、本傳聲器陣列具有九種以上的工作模式，每一種形態的陣列具有各自的測量優勢，平展形工作模式可以進行二維的聲圖像測量，摺疊形成的立體陣列模式，可以進行三維的聲成像測量，可對聲源進行軸向精確定位。4、本傳聲器陣列的支架採用全剛性結構，三折鉸鏈可保證摺疊後結構穩固可靠，避免了陣型誤差。
5、本傳聲器陣列的側翼向後摺疊成水平組合後，與主框疊壓起來包裝，可縮小尺寸，便於安裝到包裝箱內，方便攜帶運輸。


圖1是本發明的正面爆炸分布圖；圖2是本發明的背面爆炸分布圖；圖3是本發明的陣元節點的爆炸分布圖；圖4是本發明的主框與側翼的安裝關係示意圖；圖5是本發明第一種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖6是本發明第二種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖7是本發明第三種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖8是本發明第四種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖9是本發明第五種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖10是本發明第六種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖11是本發明第七種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；

圖12是本發明第八種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖13是本發明第九種模式的主視圖(a)和後視圖(b)；圖14是本發明在第一種工作模式下的陣元與螺線分布關係示意圖；圖15是本發明在第二種工作模式下的的陣元與螺線分布關係示意圖；圖16是本發明的第一種模式和第二種模式對Im距離處的2kHz聲音的探測波束對比；圖17是本發明的第一種模式(a)和第二種模式(b)對Im距離處的2kHz聲音的成像對比圖；圖18是本發明的第一種模式和第二種模式對Im距離處的6kHz聲音的探測波束對比；。圖19是本發明的第一種模式(a)和第二種模式(b)對Im距離處的6kHz聲音的成像對比圖；圖20是本發明的第一種模式和第二種模式對Im距離處的IOkHz聲音的探測波束對比；圖21是本發明的第一種模式(a)和第二種模式(b)對Im距離處的IOkHz聲音的成像對比圖；圖22是九種模式陣列對30cm距離處的2kHz聲音的全方向探測指向對比性圖；圖23是九種模式陣列對30cm距離處的6kHz聲音的全方向探測指向對比性圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明做進一步詳述。一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，如圖1至圖3所示，包括主框9、四個側翼10以及安裝在主框和側翼上的陣元節點，所述的四個側翼可前後摺疊地安裝在主框周圍。所述的主框和側翼均由平面剛性支架8組合構成，主框與四個側翼的具體連接關係為:主框外側通過三折鉸鏈11與四個側翼連接在一起，該三折鉸鏈通過插銷15相固定。在主框前側的平面陣列剛性支架上對稱安裝有四個前摺疊固定立柱16並通過摺疊剛性撐杆21與側翼相連接；在主框後側的平面陣列剛性支架上對稱安裝有四個後摺疊固定立柱14並通過摺疊剛性撐杆21與側翼相連接。在主框的前側中心通過攝像頭安裝套6安裝一陣列攝像頭5，該中心位置為陣列的中心，其光學面為陣列的坐標的基本面。在主框前側的平面陣列剛性支架的四個對稱位置上安裝有4個補光燈7，用於在較暗環境下增加亮度。在主框的後側中心位置通過四個中心支撐杆12安裝一個主支撐盤17，四個中心支撐杆與主支撐盤垂直連接固定；在主支撐盤的外側安裝有一個主支撐管20，其具體連接關係為:主支撐盤的外側連接一螺紋環18，在該螺紋環上連接有活接19，通過該活接與主支撐管相連接，在主支撐盤四周均布設有四個斜拉支撐杆13，四個斜拉支撐杆的另一端固定在主框的平面陣列剛性支架上。在本實施例中，平面陣列剛性支架的寬度為12mm左右，厚度6mm，可採用鋁合金、不鏽鋼、玻璃鋼等材料製作，當採用鋼時寬度可減小到5_，甚至更小，也可以採用其他能夠保證陣列支架具有足夠剛性能材料。主框和側翼的平面剛性支架上共安裝有80個陣元節點，這些陣元節點位於以中心點為圓心的八條逆時針旋轉的螺線、四條順時針旋轉的螺線上以及兩種螺線的交叉點上，每條逆時針螺線和 每條順時針旋轉螺線上均有8個陣元節點，兩種螺線上的陣元有部分重疊。如圖4所示，每個陣元節點包括陣元傳聲器1、陣元底座放大器2、陣元安裝絕緣環
3、陣元安裝鎖緊螺套4和陣元信號線，所述的陣元傳聲器I安裝在陣元底座放大器上，該陣元底座放大器通過陣元安裝絕緣環和陣元安裝鎖緊螺套安裝在平面陣列剛性支架上設有的安裝孔內，陣元信號線穿過陣元安裝鎖緊螺套的內孔被引出，陣元節點數量可根據實際應用減少。陣元傳聲器採用帶有陣元底座放大器的1/4英寸或1/2英寸測量傳聲器，陣元節點的總高度約25mm。四個側翼可前後摺疊形成多種工作模式，如圖5至圖13是常用的九種工作模式，下面以直徑為I米的立體傳聲器陣列進行說明:第一種工作模式，如圖5所示，四個側翼水平展開並將插銷插進三折鉸鏈的孔內固定，形成第一種工作模式。第一種工作模式的陣元布局如圖14所示，逆時針的螺線上陣元從陣中心向外發散排列的編號依次為:第一條有S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，第二條有S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15，第三條有 S16、S17、S18、S19、S20、S21、S22、S23，第四條有 S24、S25、S26、S27、S28、S29、S30、S31，第五條有 S32、S33、S34、S35、S36、S37、S38、S39，第六條有 S40、S41、S42、S43、S44、S45、S46、S47，第七條有 S48、S49、S50、S51、S52、S53、S54、S55，第八條有S56、S57、S58、S59、S60、S61、S62、S63 ;順時針的螺線上陣元從陣中心向外發散排列的編號依次為:第一條有S69、S25、S68、S17、Sll、S66、S67、S6，第二條有S73、S41、S72、S33、S27、S70、S71、S22，第三條有 S77、S57、S76、S49、S43、S74、S75、S38，第四條有S65、S9、S64、S1、S59、S78、S79、S54。四條順時針螺線和八條逆時針螺線中有部分陣元節點是交叉的。平展後直徑Im陣的四個側翼完全展開後，陣元坐標如下表所示:
權利要求
1.一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:包括主框、側翼和陣兀節點，所述的側翼可前後摺疊地安裝在主框側邊上，所述主框和側翼為平面剛性支架組合，所述的陣元節點安裝在以中心點為圓心的八條逆時針旋轉的螺線、四條順時針旋轉的螺線上以及兩種螺線的交叉點上。
2.根據權利要求1所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:所述的陣元節點的數量為80個，每條逆時針螺線和每條順時針旋轉螺線上均有8個陣元，所有陣元節點均安裝在平面剛性支架的邊沿上。
3.根據權利要求1或2所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列,其特徵在於:所述的陣元節點包括陣元傳聲器、陣元底座放大器、陣元安裝絕緣環、陣元安裝鎖緊螺套和陣元信號線，陣元傳聲器安裝在陣元底座放大器上，該陣元底座放大器通過陣元安裝絕緣環和陣元安裝鎖緊螺套安裝在平面陣列剛性支架上設有的安裝孔內，所述的陣元信號線穿過陣元安裝鎖緊螺套的內孔被引出。
4.根據權利要求1所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:所述的側翼的數量為1、2、3、或4個。
5.根據權利要求1所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:所述的側翼通過三折 鉸鏈與主框相連接，在主框前側的平面陣列剛性支架上安裝有前摺疊固定立柱並通過摺疊剛性撐杆與側翼相連接，在主框後側的平面陣列剛性支架上安裝有後摺疊固定立柱並通過摺疊剛性撐杆與側翼相連接，通過不同長度的摺疊剛性撐杆使側翼與主框固定為不同的角度以實現至少9陣列工作模式。
6.根據權利要求1所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:所述主框的前側中心位置安裝有陣列攝像頭，該陣列攝像頭通過攝像頭安裝套安裝在主框的中心孔內。
7.根據權利要求6所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列,其特徵在於:所述陣列攝像頭周圍的平面剛性支架上均布設有四個補光燈。
8.根據權利要求1所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:所述主框的後側中心位置通過四個中心支撐杆安裝一主支撐盤，該主支撐盤通過四個斜拉支撐杆與主框的平面陣列剛性支架相連接，在主支撐盤的外側連接一螺紋環，在該螺紋環上連接有活接，通過該活接連接一個主支撐管。
9.根據權利要求1所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:所述的陣元傳聲器為1/4英寸或1/2英寸測量傳聲器。
10.根據權利要求1所述的一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其特徵在於:所述的平面陣列剛性支架的材料為鋁合金、不鏽鋼或玻璃鋼及其他能夠保證陣列具有較好剛性的材料。
全文摘要
本發明涉及一種雙向螺旋分布的多模式立體傳聲器陣列，其技術特點是包括主框、側翼和陣元節點，所述的側翼可前後摺疊地安裝在主框側邊上，所述主框和側翼為平面剛性支架組合，所述的陣元節點安裝在以中心點為圓心的八條逆時針旋轉的螺線、四條順時針旋轉的螺線上以及兩種螺線的交叉點上。本發明的側翼做前後摺疊時可形成至少9種穩定的且性能優良的陣列，陣元分布採用雙向螺旋，陣元坐標精確度高且不易變化，對聲源定位的精度高、虛像小；除第一種模式外的其他8種模式陣列均具有一定的三維聲源定位能力，可適用於對不同噪聲源分布形狀的設備進行測量；同時，側翼向後摺疊成水平組合後，與主框疊壓起來包裝，便於安裝到包裝箱內，方便攜帶運輸。
文檔編號H04R5/027GK103227971SQ20131000660
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月8日 優先權日2013年1月8日
發明者楊璐馨, 肖穎, 劉迎新 申請人:中科聲相(天津)科技有限公司