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基于声学相机的水下潜坝三维信息重建试验研究

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水运工程 2022年第11期 202-207,226页

作者：李豪张鹏杨胜发胡江李文杰重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心重庆400074

针对潜坝在水下毁坏情况难以实时监测的问题,引入声学相机对水下潜坝外形进行实时监测。基于声学相机的映射原理,提出采用多视角声学图像,建立多视点高度弧,并依据视点间约束关系,确定潜坝外形特征点三维信息的方法。结合该方法,开展室... 详细信息

针对潜坝在水下毁坏情况难以实时监测的问题,引入声学相机对水下潜坝外形进行实时监测。基于声学相机的映射原理,提出采用多视角声学图像,建立多视点高度弧,并依据视点间约束关系,确定潜坝外形特征点三维信息的方法。结合该方法,开展室内潜坝模型外形特征点三维信息重建试验,结果表明:基于4个视点的声学图像重建的水下潜坝模型外形尺寸误差在0.8%~8.6%范围内,将该设备及方法应用于潜坝外形水毁情况实时监测具备实际可行性,可为航道部门进行整治建筑物维护提供可行的参考及思路。

关键词：潜坝水毁监测声学相机三维信息重建

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基于频率滑动广义互相关的电力噪声源定位算法

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声学技术 2024年第04期 550-556页

作者：陈海宏易永利韩钰曹宜登田一聂京凯国网浙江省电力有限公司温州供电公司国网智能电网研究院有限公司

文章针对电力行业的噪声源定位问题，提出了一种频率滑动广义互相关和一种低秩近似替代方案来处理子带广义互相关矩阵，从而获得更精确的到达时间差估计，然后使用转向响应功率定位算法来对噪声源进行定位。仿真实验表明，该算法相比传... 详细信息

文章针对电力行业的噪声源定位问题，提出了一种频率滑动广义互相关和一种低秩近似替代方案来处理子带广义互相关矩阵，从而获得更精确的到达时间差估计，然后使用转向响应功率定位算法来对噪声源进行定位。仿真实验表明，该算法相比传统广义互相关可以获得更精确的时间差估计以及更准确的噪声源定位结果。据此设计了一款具备72通道的麦克风阵列声学相机，在实际环境的应用中体现了高定位准确性以及强鲁棒性，同时与使用传统广义互相关的声学相机进行对比测试，试验结果表明该方法的定位结果好于常规的广义互相关时延计算方法。

关键词：声源定位声学相机广义互相关

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麦克风阵列声纹检测系统设计与实现

麦克风阵列声纹检测系统设计与实现

作者：王文宇山东大学

学位级别：硕士

随着我国智能电网进程的加快,电网规模不断扩大的同时,对主设备状态全息感知和智能运维能力提出了更高的要求。电力变压器尤其是大型变压器作为电网中枢纽性核心设备之一,其可靠性直接影响到电网运行的稳定性。然而随着变压器运行数量... 详细信息

随着我国智能电网进程的加快,电网规模不断扩大的同时,对主设备状态全息感知和智能运维能力提出了更高的要求。电力变压器尤其是大型变压器作为电网中枢纽性核心设备之一,其可靠性直接影响到电网运行的稳定性。然而随着变压器运行数量的迅速增加、运行年限的逐渐增长,其固有的设计结构、工艺质量等造成环境适应性问题逐渐显现,其中由绕组与铁芯机械故障引起的变压器安全事故高达55.6%,当故障发生时,在内部电磁场的作用下故障部位会产生振动噪声,这种噪声包含了变压器大量状态信息,并且现有的故障检测手段存在误差大、周期长、定位精度低等缺点,所以利用变压器故障时产生的声音信号对变压器状态进行检测具有非接触性、快速且定位准确等优点。本文从变压器故障产生的位置、原因以及带来的影响上进行了阐述,研究了变压器绕组故障和铁芯故障的产生机理,并针对两类故障产生的声音信号主要频率集中在100Hz的基频以及倍频上的特点,研制了基于麦克风阵列的声纹检测系统,相比传统的声纹检测系统存在定位位置不够直观、缺乏可解释性的缺陷,本文研制的检测系统具备声源可视化的优点,具体工作如下。(1)变压器故障信号研究与麦克风阵列声源定位仿真系统的搭建。研究了变压器绕组故障和铁芯故障声音信号的产生及特性,着重分析了两类故障声音信号的频率分布,并根据Rayleigh距离和实际应用经验,确定近声场与远声场的分界距离,同时考虑到声音在传播过程中可能出现混响的情况,分析了直达声场与混响声场的声音总能量计算方法;研究对比声源定位算法优劣,并确定选用波束形成作为本文声源定位算法;利用定位算法分析不同的麦克风拓扑结构对声源定位的影响,根据实际场景需求确定系统搭建的阵列拓扑结构,确定32元十字形阵列结构;最终根据研究实现麦克风阵阵列模型的搭建与定位算法的仿真。(2)麦克风声纹检测系统硬件设计。根据对变压器故障信号特性和阵列模型的研究,确定系统整体硬件需求,包括32路声音信号采样频率、多通道同时采集、图像采集频率、网口传输等,针对硬件整体需求,确定主控芯片、网口芯片、麦克风传感器以及摄像头的选型;硬件系统包括32通道声音信号采集模块、图像采集模块、网口通信模块和主控系统四部分,最终完成检测系统的硬件搭建。(3)麦克风声纹检测系统程序设计。根据研究确定系统功能需求,其中包括32通道声音信号采集程序、图像采集程序、网口通讯程序和主控程序等,软件程序设计采用分层、Top-Down的程序设计思想,并对每个模块程序进行仿真实验,确定程序正确性,实现系统多通道声音信号采集、图像数据采集、数据传输、数据编码等程序功能。(4)系统性能测试与验证。针对本文设计的麦克风阵列声纹检测系统搭建测试平台,并制定测试方案,测试方案分为硬件功能测试和声源定位功能测试,硬件功能测试主要完成对网口通讯功能的测试、声音数据采集功能测试和图像数据采集功能测试,验证了系统网口具有良好的通信稳定性,麦克风采集模块对模拟声源频率具有较高的分辨率,图像采集程序能够正确传输实时画面。声源定位功能测试分为对声音频率的测试和对模拟声源定位功能的测试,实验结果表明麦克风阵列声纹检测系统能够准确定位不同频率的模拟故障声源,并且通过与实时画面进行叠加处理,能够实现声源可视化的功能。本文从实际工程需求出发,针对变压器特定故障声音信号山东大学自主研制出具备多通道采样、快速、声源定位可视化等功能的麦克风阵列声纹检测系统,并在变压器现场对实时声音信号采集并进行模拟声源信号现场定位测试。模拟声源定位测试在变压器类设备的状态感知领域具有广阔的应用前景。

关键词：麦克风阵列声源定位声学相机拓扑结构波束形成

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后车门关门声品质提升的改善设计

上海汽车 2022年第5期 20-25,42页

作者：贺骁苏青现代汽车研发中心(中国)有限公司烟台264000 北京现代汽车有限公司北京101300

作为感知质量的重要部分,汽车声品质(Sound Quality)给予消费者多种复杂的感受,已成为影响整车品质主观印象和购车意愿的重要关注点。关门声品质的优劣展现了汽车的整体品质,且蕴藏车门的结构设计、部品选材、制造工艺及产品性能等信息... 详细信息

作为感知质量的重要部分,汽车声品质(Sound Quality)给予消费者多种复杂的感受,已成为影响整车品质主观印象和购车意愿的重要关注点。关门声品质的优劣展现了汽车的整体品质,且蕴藏车门的结构设计、部品选材、制造工艺及产品性能等信息,应体现出汽车“安全可靠”的特质。文章介绍了关门声品质的评价方法、评价参数以及影响关门声品质的主要因素,并通过对外板(车门、侧围)的阻尼特性及车门锁扣安装部位的动刚度等方面进行优化,改善了某乘用车后车门关门声品质的不足(Ring Down)。最终通过对比改进前、后的关门声品质,验证了改进措施的有效性,从而提高了关门声的品质。

关键词：心理声学声品质小波变换声学相机原点动刚度

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基于FPGA的通道数可调高精度采集系统模块化设计

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电子技术应用 2020年第2期46卷 53-57,61页

作者：田皓文郭世旭朱锰琪赵鹏中国计量大学计测工程学院

在声学相机的开发过程中,针对声场信号的高精度采集以及多传感器信息的实时传输需求,设计了一种集成了PGA、Σ-Δ型ADC、FPGA以及千兆以太网通信的数据采集系统并模块化,并给出了通道扩展条件。经性能测试表明,该模块在55 kHz带宽下采... 详细信息

在声学相机的开发过程中,针对声场信号的高精度采集以及多传感器信息的实时传输需求,设计了一种集成了PGA、Σ-Δ型ADC、FPGA以及千兆以太网通信的数据采集系统并模块化,并给出了通道扩展条件。经性能测试表明,该模块在55 kHz带宽下采样误差为0.0002%,自噪声为9μV,并且拥有110 dB的动态范围,其性能优于常用的振动声学多通道采集设备,且具有扩展性好、成本低的特点。

关键词：声学相机 FPGA 千兆以太网数据采集系统通道数可调

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