一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种智能控制系统，特别是自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统。

背景技术：

近场声全息技术是近年来声学研究的热点，通过近场声全息技术(nah)，可以较精确地进行声源识别和定位，运用这种技术可以实现近场声场重建与可视化，因此，nah技术的研究对于抑制噪声污染具有非常重大的现实意义，nah技术的关键是如何测得全息面上的复声压分布及如何利用全息面上复声压对声场进行声学反演，而现有的测试装置及反演装置都比较笨重，调试安装都非常麻烦，工作量非常大，需要大量的人力与物力，而且测试结果一般不能现场完成，反演计算需要回到实验室进行处理，这样对于nah的技术的应用是一个较大阻碍，因此需要一种小型，轻量化的新型声全息测试及反演的新装置，该装置在相应的智能控制系统控制下，能自动调试，自动校正，自动测试，现场自动计算反演结果，以减少大量的人力与物力，减轻人们的劳动强度，同时特别能适合大型复杂自由稳定声场的现场作业。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的的缺陷提供一种高精度、高可靠的自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统，这种智能控制系统能智能控制一种自由声场小型声全息测量及反演装置，能使该装置自动调试，自动校正，自动测试，现场自动计算反演结果，以减少大量的人力与物力，减轻人们的劳动强度，同时该控制系统中数据测量采用新的校正与计算方法，大大提高了测量数据的精度，另外该控制系统利用了fpga技术的并行性，在声学测量及反演算法上采用了多种并行处理技术，使计算速度大大加快，从而可以现场得到计算结果，所以别能适合现场作业。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的自由声场小型声全息测量及反演装置包括整个装置支撑调整机构i、传声器阵列纵向运动控制机构ii、传声器阵列旋转运动控制机构iii，传声器阵列竖向运动控制机构iv、传声器阵列横向运动控制机构v、传声器较正控制机构vi、虚拟球设置参考位置定位测量柱vii；该智能控制系统包括控制中心模块及分别与控制中心模块相连的附属模块、与上位机接口模块、信息输入显示模块、测距模块、声压测试及声学反演计算模块、整个装置水平调整驱动模块、传声器阵列竖向运动驱动模块、传声器阵列旋转运动驱动模块、传声器阵列横向运动驱动模块、传声器阵列纵向运动驱动模块、传声器阵列校正运动驱动模块、传感器信号输入模块；所述的控制中心模块包括数字信号处理芯片dsp28335，以及分别与dsp28335相连的晶振电路、电源电路、看门狗电路、数据交换有线、无线接口电路ia、数据交换有线、无线接口电路iia，数据交换有线、无线接口电路ia还与声压测试及声学反演计算模块相连，数据交换有线、无线接口电路iia还与信息输入显示模块相连；所述附属模块包括与dsp28335相连的整个系统电源控制的遥控无线发射、接收信号电路；所述与上位机接口模块包括与dsp28335相连的与上位机交换信息电路，测距模块包括分别与dsp28335相连的测距激光发射、接收电路；所述的传感器信号输入模块包括水平位置传感器k1、k2接收电路。

本实用新型更进一步的技术方案：所述整个装置水平调整驱动模块包括分别与dsp28335相连的第一丝杆电机m1驱动电路、第二丝杆电机m2驱动电路、第三丝杆电机m3驱动电路，与第一丝杆电机m1驱动电路相连的第一丝杆电机m1，与第二丝杆电机m2驱动电路相连的第二丝杆电机m2，与第三丝杆电机m3驱动电路相连的第三丝杆电机m3，第一丝杆电机m1，通过其丝杆轴与底座板上对应的螺孔相连，第二丝杆电机m2通过其丝杆轴与底座板上对应的螺孔相连，第三丝杆电机m3通过其丝杆轴与底座板上对应的螺孔相连；所述的传声器阵列竖向运动驱动模块包括第五步进电机d5驱动电路、第六步进电机d6驱动电路，与第五步进电机d5驱动电路相连的第五步进电机d5，第五步进电机d5与齿轮副iv其中一个齿轮相连，通过齿轮副iv带动丝杆iii运动，与第六步进电机d6驱动电路相连的第六步进电机d6，第六步进电机d6与齿轮副v其中一个齿轮相连，通过齿轮副v带动丝杆iv运动；所述的传声器阵列旋转运动驱动模块包括第一步进电机d1驱动电路、第二步进电机d2驱动电路，与第一步进电机d1驱动电路相连的第一步进电机d1，第一步进电机d1通过轴与异形齿轮副i其中一个齿轮相连，与第二步进电机d2驱动电路相连的第二步进电机d2，第二步进电机d2通过轴与异形齿轮副i另一个齿轮相连。

本实用新型更进一步的技术方案：所述的传声器阵列横向运动驱动模块包括第七步进电机d7驱动电路、第八步进电机d8驱动电路，与第七步进电机d7驱动电路相连的第七步进电机d7，第七步进电机d7(2003)通过轴与齿轮w1相连，齿轮w1通过凹口i与齿轮杆i相啮合，与第八步进电机d8驱动电路相连的第八步进电机d8，第八步进电机d8通过轴与齿轮w2相连，齿轮w2(2104)通过凹口ii与齿轮杆ii相连；所述的传声器纵向运动驱动模块包括第三步进电机d3驱动电路、第四步进电机d4驱动电路，与第三步进电机d3驱动电路相连的第三步进电机d3，第三步进电机d3与齿轮副ii其中一个齿轮相连，通过齿轮副ii带动丝杆i运动，与第四步进电机d4驱动电路相连的第四步进电机d4，第四步进电机d4与齿轮副iii其中一个齿轮相连，通过齿轮副iii带动丝杆ii运动；所述的传声器阵列校正运动驱动模块包括第九步进电机d9驱动电路、第十步进电机d10驱动电路，与第九步进电机d9驱动电路相连的第九步进电机d9，第九步进电机d9通过其丝杆与连接件l1相连，与第十步进电机d10驱动电路相连的第十步进电机d10，第十步进电机d10通过其丝杆与连接件l2相连。

本实用新型更进一步的技术方案：所述的声压测试及声学反演计算模包括声压测试及声学反演计算模块主控制单元、高速多支路电子选择开关m1、信号驱动通道i、信号驱动通道ii、高速多支路电子选择开关m2、互易声学换能器单元i、互易声学换能器单元ii、标定传声器单元、高速多支路电子选择开关m3、标定数据测试通道、多支路待测传声器单元、多支路数据测试通道，高速多支路电子选择开关m1的输入与声压测试及声学反演计算模块主控制单元的内部dds单元的输出相连，高速多支路电子选择开关m1的输出分别与信号驱动通道i、信号驱动通道ii的输入相连，信号驱动通道i、信号驱动通道ii的输出分别与高速多支路电子选择开关m2相连，高速多支路电子选择开关m2的输出分别互易声学换能器单元i、互易声学换能器单元ii、高速多支路电子选择开关m1、标定数据测试通道、多支路数据测试通道的输入相连，标定传声器单元、互易声学换能单元ii、多支路待测传声器单元的输出与高速多支路电子选择开关m3输入相连，高速多支路电子选择开关m3的输出与标定数据测试通道、多支路数据测试通道的输入相连，标定数据测试通道的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元的输入相连，多支路数据测试通道的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元相连；所述的声压测试及声学反演主控制单元基于fpga组成，包括位于fpga芯片内部的分单元以及位于fpga外部的分单元，内部分单元包括数据接收存储分单元、内部dds分单元、时钟信号管理分单元、一、二维混合fft计算分单元、频谱能量重心法校正分单元、内部控制分单元、正则化处理分单元、多维广义矩阵求逆分单元，内部的各个分单元通过内部总线相连，外部分单元包括与fpga相连的同步脉冲分送单元、lcd接口分单元、系统复位分单元、外部扩展存储分单元、fpga外部振荡电路分单元、键盘接口分单元、数据交换有线、无线接口ib分单元、看门狗分单元、fpga配置分单元、其中lcd接口分单元还与lcd相连；所述的信号驱动通道i包括低通虑波单元1以及与低通虑波单元1相连的功率放大单元1，信号驱动通道ii包括低通虑波单元2以及与低通虑波单元2相连的功率放大单元2；所述的互易声学换能单元i包括互易声学换能g1、互易声学换能器g3，互易声学换能单元ii包括互易声学换能器g2、互易声学换能器g4；所述的标定数据测试通道包括信号放大单元、带通虑波单元、直流信号偏置单元、电压限幅单元、高速a/d变换单元，信号放大单元的输出与带通虑波单元的输入相连，带通虑波单元的输出与直流信号偏置单元输入相连，直流信号偏置单元的输出与电压限幅单元的输入相连，电压限幅单元的输出与高速a/d变换单元输入相连，高速a/d变换单元的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元相连；所述的多支路数据测试通道包括多支路信号放大单元、多支路带通虑波单元、多支路直流信号偏置单元、多支路电压限幅单元、多支路高速a/d变换单元，多支路信号放大单元的输出与多支路带通虑波单元的输入相连，多支路带通虑波单元的输出与多支路直流信号偏置单元的输入相连，多支路直流信号偏置单元的输出与多支路电压限幅单元的输入相连，多支路电压限幅单元的输出与多支路高速a/d变换单元的输入相连，多支路高速a/d变换单元的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元相连；所述的信息输入显示模块包括信息输入显示模块主控制单元、信息输入显示模块信息显示单元，其中信息输入显示模块主控制单元基于fpga芯片组成，位于fpga内部的分单元包括内部控制分单元、lcd输出控制分单元、同步时钟分配分单元、时钟分单元，内部的分单元通过内部总线相连，外部的分单元包括与fpga芯片相连的电源电路分单元、复位分单元、fpga配置分单元、外部晶振分单元、键盘分单元，数据交换有线、无线接口电路iib，信息输入显示模块信息显示单元包括以下分单元，包括与信息输入显示模块主控制单元相连的lcd驱动分单元、与lcd驱动单元相连的lcd；所述的标定传声器单元包括标定传声器i、标定传声器ii。

本实用新型更进一步的技术方案：按照下面的方法进行控制与计算：首先系统上电，首先进行控制中心模块70初始化，然后判初始化是否成功，如不成功，则判断是否超时，如不超时，则继续判断初始化是否成功，如超时则显示系统错误，如果初始化成功，则控制中心模块70向各分模块发出初始化命令并发出应答确认信号，然后判断是否收到全部应答信号，如没有全部收到，则判断初始化是否超时，如超时，则显示系统错误，如不超时，则继续判断是否收到全部应答信号，如收到，则进行进入系统就绪，给出“请输入以下参数”k，n1，n2，n3n4，w[x]，h1(x1，y1，z1)，h2(x2，y2，z2)，h(x3，y3，z3)，h1，其中x为1到n2，然后进入全息面形状选择分流程，全息面形状选择分流程结束以后进入整个装置水平定位分流程，整个装置水平定位分流程结束以后，进入标定数据测试通道多频率幅值与相位及标定传声器多频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程，标定数据测试通道多频率幅值与相位及标定传声器多频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程结束以后，进入普通待测数据测试通道幅值与相位及传声器阵列多频率幅值灵敏度与相位计算测试分流程，普通待测数据测试通道幅值与相位及传声器阵列多频率幅值灵敏度与相位计算测试分流程结束以后进入声压测试计算分流程，声压测试计算分流程结束后进入声学反演计算分流程，声学反演计算分流程结束以后判断测试反演任务结束了吗，如不是就返回系统就绪，如果是就任务结束，该流程中的参数k为全息面形状选择参数，n1为待测传声器个数也是待测测试通道个数，n2为要校正的频数个数，n3为做fft运算进行采集的周期数，w[x]为需校正的频率值，h1(x1，y1，z1)为虚拟球面所在的参考位置坐标、h2(x2，y2，z2)为全息面的位置坐标h3(x3，y3，z3)为重建面的位置坐标，h1为支撑座i的初始预定高度；所述的全息面形状选择分流程步骤为：首先传入选择参数k，然后判断k是否等1，如是则选择全息面形状1，如不是就判断k是否等于2，如是则选择全息面形状2，如不是就判断k是否等于3，如是则选择全息面形状3，如不是就判断k是否等于4，如是则选择全息面形状4，如不是就结束，该流程中的参数k为全息面形状选择参数；所述的整个装置水平定位分流程，首先传入参数h1，驱动第一丝杆电机n1运动，使支撑座i的高度等于给定的设定值h1，检测水平位置传感器k2的值，然后判断该值是否大于0，如果不大于0，则驱动第三丝杆n3正向运动，使支撑座iii抬高，再返回检测水平位置传感器k2的值，如果大于0则驱动第三丝杆n3反向运动，再返回检测水平位置传感器k2的值，如果等于0，则检测水平位置传感器k1的值，然后判断该值是否大于0，如果不大于0，则驱动第二丝杆n2电机正向转动，然后再返回检测水平位置传感器k1的值，使支撑座ii抬高，如果大于0，则驱动第二丝杆n2电机反向转动，然后再返回检测水平位置传感器k1的值，如果等于0，则结束，该流程中h1为支撑座i的初始预定高度。

本实用新型更进一步的技术方案：所述的标定数据测试通道多频率幅值与相位及标定传声器多频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程图步骤为：首先传入参数n2，n3，w[x]，其中x的范围为1到n2，然后给循环变量l1，l2预置初值为1，即l1＝1，l2＝1，然后对频率变量w及循环变量赋值即w＝w[l2]，l2＝l2+1，然后进定标定数据测试通道单一频率幅值与相位测试计算分流程，该流程结束以后进入标定传声器的单一步率幅值灵敏度与相位测试计算分流程，该流程结束后保存两个流程的输出数据，即：

b1[l1][l2]＝aj，β1[l1][l2]＝θj，b2[l1][l2]＝a04，β2[l1][l2]＝θ04，b3[l1][l2]＝an1，β3[l1][l2]＝θn1b4[l1][l2]＝a01，β4[l1][l2]＝θ01，数据保存结束后，判断l2是否大于n2，如果不大于，则返回对频率变量w及循环变量赋值即w＝w[l2]，l2＝l2+1，如果大于，则l2＝l2+1，然后判断l1是否大于等于1，如果不大于，则l1＝l1+1，并且返回对频率变量w及循环变量赋值即w＝w[l2]，l2＝l2+1，如果大于等于1，则输出数据b1[l1][l2]，β1[l1][l2]，b2[l1][l2]，β2[l1][l2]，b3[l1][l2]，β3[l1][l2]，b4[l1][l2]，β4[l1][l2]，其中l1为1-1，l2为1到n2，然后结束任务，该流程中n2为要校正的频数个数，n3为做fft运算进行采集的周期数，w[x]为需校正的频率值；所述的普通待测数据测试通道与传声器阵列多频率幅值灵敏度与相位计算测试分流程步骤为：传入参数：n1，n2，n3，w[x]，b1[l1][l2]，β1[l1][l2]，b2[l1][l2]，β2[l1][l2]，其中x的范围为1到n2，l1为1到1，l2为1到n2，然后置循环变量赋初值m1＝1，m2＝1，然后对频率变量赋值w＝w[m2]，然后进入单一待测数据测试通道单一频率幅值与相位测试信号加载步骤流程，该流程结以后进入单一待测传声器单一频率幅值灵敏度与相位测试信号加载步骤流程，该流程结束后得出测试通道的幅值与相位以及传声器的幅值灵敏度与相位，即：

，并对变量m2进行加1再赋给m2，然后再判断m2是否大于n2，如果不大于则返回对对频率变量赋值w＝w[m2]，如果大于，则m1＝m1+1，然后再判断m1是否大于n1，如果不大于，则返回对对频率变量赋值w＝w[m2]，如果大于则输出c1[m1][m2]，δ1[m1][m2]，c2[m1][m2]，δ2[m1][m2]，其中c1[m1][m2]，δ1[m1][m2]分别为m1路待测数据测试通道在频率为w[m2]的幅值与相位，c2[m1][m2]，δ2[m1][m2]为第m1路待测传声器在频率为w[m2]的幅值与相位，m1为1到n1，m2为1到n2。

本实用新型更进一步的技术方案为：所述的声压测试计算分流程步骤为：传入参数n1，n2，n3w[x]，c1[m1][m2]，δ1[m1][m2]，c2[m1][m2]，δ2[m1][m2]，其中m1为1到n1，m2为1到n2，x为1到n2；然后信号的加载与计算，即主控制单元7501内部的同步脉冲分送分单元给出同步脉冲，内部dds单元在脉冲同步下，n1个数据测试通道分别同时采集n3周期数据，n1组数据经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w[x]的信号幅值r[m1][m2]及相位ψ[m1][m2]，最后求出全息面n1个点上的全息面复声压即：

其中m1为1到n1，m2为1到n2，最后输出数据p[m1][m2]，然后结束，p[m1][m2]，为全息面上第m1路在频率为w[m2]的幅值与相位，m1的值为1到n1，m2为1到n2；所述的声学反演计算分流程图如图11，传入虚拟球面所在参考中心坐标h1(x1，y1，z1)、全息测量面的中心坐标h2(x2，y2，z2)、重建面的中心坐标h3(x3，y3，z3)、虚拟球的个数n4以及全息面h面复声压数据p[m1][m2]，其中m1为1到n1，m2为1到n2，把全息面复声压数据p赋给pe(h)，然后根据等效源强理论公式对未知源强密度函数σ(rq)进行双向fourier级数展开，同时利用二维fft及梯形公式对格林函数k(r，rq)进行离散化，建立声全息测量面与虚拟球等效源强声压值之间的关系距阵th，从而pe(h)＝[th]q，pe(h)为全息面测量值，q为虚拟球未知源强密度函数σ(rq)双向傅立叶分解后的系数，最后采用与建立th同样的方法建立待反演面上h⁺声压值与拟球之间传递矩阵结合pe(h)＝[th]q与求出并th进行正则化处理得到：pe[h⁺]为重建面的声压，α为正则化参数，i为单位矩阵，为th的共轭转置矩阵，为对求逆，s′是振动体内某一虚拟源强分布表面。

由于采用上述结构，本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统具有以下有益效果：

(1)减轻人们的劳动强度。

本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统，装置在该智能控制系统的控制下，能自动调试，自动测试，自动计算结果，可以减少大量的人力与物力，减轻人们的劳动强度，同时特别能适合于大型复杂稳定声场的现场作业。

(2)精确控制，数据精度较高。

本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统由于采用智能控制，大大减少人为因素的干扰，同时由于采用了较新的计算算法，所以能精确控制，所得的数据精度较高，反演计算结果较为精确，特别能现场进行声学反演计算结果，特别适合现场作业，这是以前的系统是没有的。

下面结合附图和实施例对本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统作进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统整体结构方框图；

图2是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统内部结构方框图；

图3是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统声压测试及声学反演计算模块内部结构示意图；

图4是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统信息输入显示模块内部结构方框图；

图5是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统主流程图；

图6是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统全息面形状选择分流程图；

图7是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统整个装置水平定位分流程；

图8是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统标定数据测试通道多频率幅值与相位及标定传声器多频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程图；

图9是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统普通待测数据测试通道与传声器阵列多频率幅值灵敏度与相位计算测试分流程图；

图10是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统声压测试计算分流程图；

图11是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统声学反演计算分流程图；

图12是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统标定数据测试通道单一频率幅值与相位测试计算分流程；

图13是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统标定传声器的单一频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程；

图14是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统单一待测数据测试通道单一频率幅值与相位测试信号加载步骤流程；

图15是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统单一待测传声器单一频率幅值灵敏度与相位测试试号加载步骤流程；

图16是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统全息形状1示意图；

图17是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统全息形状2示意图；

图18是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统全息形状3示意图；

图19是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统全息形状4示意图；

图20是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统全息面、重建面、虚拟球参考位置相对坐标示意图；

图21是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置总体结构示意图；

图22是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置整个装置支撑构构局部示意图；

图23是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置纵竖向运动组件及传声器校正机构局部示意图；

图24是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置传声器阵列主安装臂s1的结构示意图；

图25是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置传声器阵列主安装臂s2的结构示意图；

图26是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置纵向运动组件s1的俯向结构示意图；

图27是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置纵向运动组件s1的仰向结构示意图；

图28是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置纵向运动组件s2的俯向结构示意图；

图29是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置纵向运动组件s2的仰向结构示意图；

图30是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置竖向运动组件s1的俯向结构示意图；

图31是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置竖向运动组件s1的仰向结构示意图；

图32是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置竖向运动组件s2的俯向结构示意图；

图33是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置竖向运动组件s2的仰向结构示意图；

图34是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置调节支撑i内部结构示意图；

图35是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置调节支撑ii内部结构示意图；

图36是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置调节支撑iii内部结构示意图；

图37是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置传声器校正机构i结构示意图；

图38是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置传声器校正机构i内部结构示意图；

图39是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置传声器校正机构ii结构示意图；

图40是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置传声器校正机构ii内部结构示意图；

图41是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置传声器传声器阵列分安臂及传声器在分安装臂安装示意图；

图42是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置虚拟球设置参考位置测量柱vi；

图43是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置电磁铁p1、p2的示意图。

图44是本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制一

种自由声场小型声全息测量及反演装置基体t1、t2上的开口凹槽示侧面示意图

主要元件标号说明：1-调节支撑i、2一调节支撑ii、3一调节支撑iii、4一底座板、5一固定配重圆台、6一水平位置传感器k1、7一水平位置传感器k2、8一立式支撑杆、9一电器箱、10一微型液晶显示触摸屏、11一激光接收器、12一纵向及旋转运动组件安装平台、13一异形齿轮副i、14一第一步进电机d1、15一第二步进电机d2、16一纵向运动组件s1、17一纵向运动组件s2、18一竖向运动组件s1、19一竖向运动组件s2、20一传声器阵列主安装臂s1、21一传声器阵列主安装臂s2、22一传声器阵列分安装臂、23一传声器、24一机械连接组件、25一传声器校正机构i、26一传声器校正机构ii、27一标定传声器s1、28一标定传声器s2、29、一支架、30一立式杆、31一激光发射器、32一传声器插座、1601一机架g1、1602一轴承s1、1603一齿轮副ii、1604一第三步进电机d3、1605一丝杆i、1606一丝杆套i、1607一轴承s2、1608一滑槽i、1609一滑槽ii、1701一机架g2、1702一轴承s3、1703一齿轮副iii、1704一第四步进电机d4、1705一丝杆ii、1706一丝杆套ii、1707一轴承s4、1708一滑槽iii、1709一滑槽iv、1801一机架g3、1802一轴承s5、1803一齿轮副iv、1804一第五步进电机d5、1805一丝杆iii、1806一丝杆套iii、1807一轴承s6、1808一滑槽v、1809一滑槽vi、1901一机架g4、1902一轴承s7、1903一齿轮副v、1904一第六步进电机d6、1905一丝杆iv、1906一丝杆套iv、1907一轴承s8、1908一滑槽vii、1909一滑槽viii、101一调节支撑i基座、102一第一丝杆电机m1、201一调节支撑ii基座、202一第二丝杆电机m2、301一调节支撑iii基座、302一第三丝杆电机m3、2001一基体t1、2002一轴承s9、2003一第七步进电机d7、2004一齿轮w1、2005一轴承s10、2006一凹口i、2007一齿轮杆i、2101一基体t2、2102一轴承s11、2103一第八步进电机d8、2104一齿轮w2、2105一轴承s12、2106一凹口ii、2107一齿轮杆ii、2201一齿条、2202分安装臂基板、2203一传声器插入基座、2501一第九步进电机d9、2502一套筒i、2503一传声器插入口i、2504一微型消声腔i、2505一互易声学换能器g1、2506一弹簧i、2507一连接件l1、2508一互易声学换能器g2、2509一电磁铁p1、2510一双滑槽c1、2511一电磁线圈b1、2601一第十步进电机d10、2602一套筒ii、2603一传声器插入口ii、2604一微型消声腔ii、2605一互易声学换能器g3、2606一弹簧ii、2607一连接件l2、2608一互易声学换能器g4、2609一电磁铁p2、2610一双滑槽c2、2611一电磁线圈b2。

具体实施方式

本实用新型一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统所控制的一种自由声场小型声全息测量及反演装置如图21至图44，该智能控制系统所控制的自由声场小型声全息测量及反演装置包括整个装置支撑调整机构i、传声器阵列纵向运动控制机构ii、传声器阵列旋转运动控制机构iii，传声器阵列竖向运动控制机构iv、传声器阵列横向运动控制机构v、传声器较正控制机构vi、虚拟球设置参考位置定位测量柱vii；所述的整个装置支撑调整机构i包括调节支撑i1、调节支撑ii2、调节支撑iii3，三个调节支撑分别通过各自的丝杆电机与底座板4上的螺孔相连，底座板4上设有固定配重圆台5，固定配重圆台5固定在底座板4上，底座板4上还设有水平位置传感器k16，水平位置传感器k27，固定配重圆台5上表面与立式支撑杆8相连，立式支撑杆8上端与纵向及旋转运动组件安装平台12相连，立式支撑杆8上端还设有激光接收器11，纵向及旋转运动组件安装平台12侧面设有电器箱9与微型液晶显示触摸屏10；所述的传声器阵列旋转运动控制机构iii包括设在纵向及旋转运动组件安装平台12下面的第一步进电机d114、第二步进电机d215，第一步进电机d114通过轴承与设在纵向及旋转运动组件安装平台12上的异形齿轮副i13其中一个齿轮相连，第二步进电机d215通过轴承与异形齿轮副i13的另一个齿轮相连，异形齿轮副i13通过设在纵向及旋转运动组件安装平台12的机械连接组件24分别与纵向运动控制机构ii的纵向运动组件s116、纵向运动组件s217相连；所述的传声器阵列纵向运动控制机构ii包括纵向运动组件s116、纵向运动组件s217、它们分别通过机械连接组件24与异形齿轮副i13相连，纵向运动组件s116还通过它的丝杆套i1606与坚向运动组件s118的机架g31801相连，纵向运动组件s217还通过它的丝杆套ii1706与坚向运动组件s219的机架g41901相连；所述的传声器阵列竖向运动控制机构iv包括竖向运动组件s118、竖向运动组件s219，竖向运动组件s118通过其丝杆套iii1806与传声器阵列横向运动控制机构v的传声器阵列主安装臂s221的基体t22101相连，竖向运动组件s219通过其丝杆套iv1906与传声器阵列横向运动控制机构v的传声器阵列主安装臂s120的基体t12001相连；所述的传声器阵列横向运动控制机构v包括传声器阵列主安装臂s120、传声器阵列主安臂s221、多条传声器阵列分安装臂22、多个传声器23组成，传声器阵列分安装臂22分别安装在传声器阵列主安装臂s120、传声器阵列主安装臂s221上，传声器23安装在传声器阵列分安装臂22上；所述的传声器校正控制机构vi包括传声器校正机构i25和传声器校正机构ii26，传声器校正机构i25和传声器校正机构ii26分别固定竖向运动组件s219、竖向运动组件s118上；所述的调节支撑i1包括丝杆电机m1102、基座i101，丝杆电机m1102装在基座i101里，调节支撑ii2包括丝杆电机m2202、基座ii201，丝杆电机m2202装在基座ii201里，调节支撑iii3包括丝杆电机m3302、基座iii301，丝杆电机m3302装在基座iii301里。

所述的纵向运动组件s116包括机架g11601、轴承s11602、丝杆i1605、丝杆套i1606、轴承s21607、齿轮副ii1603、第三步进电机d31604，机架g11601纵向两个板中其中一块板内表面设有滑槽ii1609、另一块板内表面设有滑槽i1608，轴承s21607固定在机架g11601横向两块板中其中一块上，轴承s21607与丝杆i1605一端相连，机架g11601横向另一块板上固定轴承s11602，轴承s11602与丝杆i1605另一端相连，并且丝杆i1605穿过轴承s11602与齿轮副ii1603其中一个齿轮相连，齿轮副ii1603中另一个齿轮与第三步进电机d31604相连，丝杆套i1606套在丝杆i1605上，丝杆套i1605的横向杆分别置于滑槽i1608、滑槽ii1609上；所述的纵向运动组件s217包括机架g21701、轴承s31702、丝杆ii1705、丝杆套ii1706、轴承s41707、齿轮副iii1703、第四步进电机d41704，机架g21701纵向两个板中其中一块板内表面设有滑槽iv1709、另一块板内表面设有滑槽iii1708，轴承s41707固定在机架g21701横向两块板中其中一块板上，轴承s41707与丝杆ii1705一端相连，机架g21701横向另一块板上固定有轴承s31702，轴承s31702与丝杆ii1705另一端相连，并且丝杆ii1705穿过轴承s31702与齿轮副iii1703其中一个齿轮相连，齿轮副iii1703中另一个齿轮与第四步进电机d41704相连，丝杆套ii1706套在丝杆ii1705上，丝杆套ii1705的横向杆分别置于滑槽iii1708、滑槽iv1709上；所述的竖向运动组件s118包括机架g31801、轴承s51802、丝杆iii1805、丝杆套iii1806、轴承s61807、齿轮副iv1803、第五步进电机d51804，机架g31801的纵向两个板中其中一块板内表面设有滑槽vi1809、另一块板内表面设有滑槽v1808，轴承s61807固定在机架g31801横向两块板中其中一块板上，轴承s61807与丝杆iii1805一端相连，机架g31801横向另一块板固定有轴承s51802，轴承s51802与丝杆iii1805另一端相连，并且丝杆iii1805穿过轴承s51802与齿轮副iv1803其中一个齿轮相连，齿轮副iv1803中另一个齿轮与第五步进电机d51804相连，丝杆套iii1806套在丝杆iii1805上，丝杆套iii1805的横向杆分别置于滑槽v1808、滑槽vi1809上；所述的竖向运动组件s219包括机架g41901、轴承s71902、丝杆iv1905、丝杆套iv1906、轴承s81907、齿轮副v1903、第六步进电机d61904，机架g41901纵向两个板中其中一块板内表面设有滑槽viii1909、另一块内表面设有滑槽vii1908，轴承s81907固定在机架g41901的横向两块板中其中一块板上，轴承s81907与丝杆iv1905一端相连，机架g41901横向另一块板上固定有轴承s71902，轴承s71902与丝杆iv1905另一端相连，并且丝杆iv1905穿过轴承s71902与齿轮副v1903其中一个齿轮相连，齿轮副v1903中另一个齿轮与第六步进电机d61904相连，丝杆套iv1906套在丝杆iv1905上，丝杆套iv1905的横向杆分别置于滑槽vii1908、滑槽viii1909上。

所述的传声器阵列主安装臂s120包括基体t12001，基体t12001的一端设有轴承s102005，另一端设有轴承s92002，基体t12001中间为空心，装有齿轮杆i2007，齿轮杆i2007的两端分别固定轴承s102005、轴承s92002上，基体t12007一面设有步进电机d72003，步进电机d72003固定在基体t12001上，第七步进电机d72003轴上装有齿轮w12004，齿轮w12004通过凹口i2006与齿轮杆i2007啮合，基体t12001另一面设有多个凹槽用于安装传声器阵列分安装臂22，基体t12001上端还设有定标传声器i27；所述的传声器阵列主安装臂s221包括基体t22101，基体t22101的一端设有轴承s122105，另一端设有轴承s112102，基体t22101中间为空心，装有齿轮杆ii2107，齿轮杆ii2107的两端分别固定轴承s122105、轴承s112102上，基体t22101一面设有第八步进电机d82103，第八步进电机d82103固定在基体t22101上，第八步进电机d82103轴上装有齿轮w22104，齿轮w22104通过凹口ii2106与齿轮杆ii2107啮合，基体t22101另一面设有多个凹槽用于安装传声器阵列分安装臂22，基体t12101上端还设有定标传声器ii28；所述的传声器阵列分安装臂22包括基板2202，基板2202背面两侧设有齿条2201，正面设有多个传声器插入基座2203，传声器23插入传声器插入基座2203上。

所述的传声器较正控制机构i25包括第九步进电机d92501、套筒i2502、传声器插入口i2503、微型消声腔i2504、互易声学换能器g12505、弹簧i2506、连接件l12507、互易声学换能器g22508、电磁铁p12509、双滑槽c12510、电磁线圈u12511，第九步进电机d92501固定在竖向运动组件s219的机架g41901上，第九步进电机d92501通过丝杆与连接件l12507一端相连，连接件l12507另一端与套筒i2502相连，套筒i2502内部设有一个圆柱形半通孔，孔内设有双滑槽c12510与电磁铁p12509，电磁铁p12509的耳杆放在双滑槽c12510上，同时电磁铁p12509上设有电磁线圈u12511，电磁铁p12509另一端套有弹簧i2506并与微型消声腔i2504相连，微型消声腔i2504内部一端设有互易声学换能器g12505，另一端设有互易声学换能器g22508，另外微型消声腔i2504中部设有传声器插入口i2503；所述传声器较正控制机构ii26包括第十步进电机d102601、套筒ii2602、传声器插入口ii2603、微型消声腔ii2604、互易声学换能器g32605、弹簧ii2606、连接件l22607、互易声学换能器g42608、电磁铁p22609、双滑槽c22610、电磁线圈u22611，第十步进电机d102601固定在竖向运动组件s118的机架g31801上，第十步进电机d102601通过丝杆与连接件l22607一端相连，连接件l22607另一端与套筒ii2602相连，套筒ii2602内部设有一个圆柱形半通孔，孔内设有双滑槽c22610与电磁铁p22609，电磁铁p22609的耳杆放在双滑槽c22610上，同时电磁铁p22609设有电磁线圈u22611，电磁铁p22609另一端套有弹簧ii2606并与微型消声腔ii2604，微型消声腔ii2604内部一端设有互易声学换能器g32605，另一端设有互易声学换能器g42608，另外微型消声腔ii2604中部设有传声器插入口ii2603。

所述的虚拟球设置参考位置测量柱vi包括支架29，支架29与立式杆30相连，立式杆30上端部设有激光发射器31，上端设有传声器插座32。

如图1-4一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统包括控制中心模块70及分别与控制中心模块相连的附属模块71、与上位机接口模块72、信息输入显示模块73、测距模块74、声压测试及声学反演计算模块75、整个装置水平调整驱动模块76、传声器阵列竖向运动驱动模块77、传声器阵列旋转运动驱动模块78、传声器阵列横向运动驱动模块79、传声器阵列纵向运动驱动模块80、传声器阵列校正运动驱动模块81、传感器信号输入模块82；所述的控制中心模块70包括数字信号处理芯片dsp28335，以及分别与dsp28335相连的晶振电路、电源电路、看门狗电路、数据交换有线、无线接口电路ia、数据交换有线、无线接口电路iia，数据交换有线、无线接口电路ia还与声压测试及声学反演计算模块75的主控制单元7501的数据交换有线、无线接口ib相连，数据交换有线、无线接口电路iia还与信息输入显示模块73的主控制单元7301的数据交换有线、无线接口电路iib相连，控制中心模块70是整个系统的控制中心，所有的控制命令由它发出，是整个系统的核心，晶振电路产生控制中心模块所需要的各种时钟，电源电路提供整个控制系统所需要的电源，看门狗电路则是在系统死机时使系统复位；所述附属模块71包括与dsp28335相连的整个系统电源控制遥控无线发射、接收信号电路，由它来控制整个系统的电源的接通与断开；所述与上位机接口模块72包括与dsp28335相连的与上位机交换信息电路，通过该模块可以与上机交换信息；所述测距模块74包括分别与dsp28335相连的测距激光发射、接收电路，测距测距激光发射电路与激光发射器31相连，激光接收电路与激光接收器11相连，通过该模块可以测量传声器阵列与虚拟球设置参考位置测量柱vi的距离；所述的传感器信号输入模块(82)包括水平位置传感器k1、k2接收电路，水平位置传感器k1接收电路与水平位置传感器k1相连，水平位置传感器k2接收电路与水平位置传感器k2相连，通过接收两个水平位置传感器的值可以测量装置的水平度，从而对整个装置进行水平调整。

所述整个装置水平调整驱动模块76包括分别与dsp28335相连的第一丝杆电机m1驱动电路、第二丝杆电机m2驱动电路、第三丝杆电机m3驱动电路，与第一丝杆电机m1驱动电路相连的第一丝杆电机m1102，与第二丝杆电机m2驱动电路相连的第二丝杆电机m2202，与第三丝杆电机m3驱动电路相连的第三丝杆电机m3302，第一丝杆电机m1102，通过其丝杆轴与底座板4上对应的螺孔相连，第二丝杆电机m2202通过其丝杆轴与底座板4上对应的螺孔相连，第三丝杆电机m3302通过其丝杆轴与底座板4上对应的螺孔相连，通过三个丝杆电机的正反转，再配合水平位置传感器k1、k2的值就可以对整个装置进行水平调整；所述的传声器阵列竖向运动驱动模块77包括第五步进电机d5驱动电路、第六步进电机d6驱动电路，与第五步进电机d5驱动电路相连的第五步进电机d51804，第五步进电机d51804与齿轮副iv1803其中一个齿轮相连，通过齿轮副iv1803传递带动丝杆iii1805旋转，进而带动丝杆套iii1806在滑槽v1808、滑槽vi1809上滑动，带动传声器阵列主安装臂s221做竖向运动，与第六步进电机d6驱动电路相连的第六步进电机d6，第六步进电机d61904与齿轮副v1903其中一个齿轮相连，通过齿轮副v1903的传递带动丝杆iv1905旋转，进而带动丝杆套iv1906在滑槽vii1908、滑槽viii1909上滑动，进而带动传声器阵列主安装臂s120做竖向运动，通过两个电机的运动就可以分别带动两侧的传声器阵列可以分别作竖向运动，进而可以在测量时可以进行全息面选择以及传声器校正时对每一列传声器进行选择；所述的传声器阵列旋转运动驱动模块78包括第一步进电机d1驱动电路、第二步进电机d2驱动电路，与第一步进电机d1驱动电路相连的第一步进电机d114，第一步进电机d114通过轴与异形齿轮副i13其中一个齿轮相连，与第二步进电机d2驱动电路相连的第二步进电机d215，第二步进电机d215通过轴与异形齿轮副i13另一个齿轮相连，通过第一步进电机d1、第二步进电机d2的运动，通过异形齿轮副i13传递，再通过机械连接组件24的传递，带动纵向运动组件s116、纵向运动组件s217旋转，进而可以带动传声器阵列的旋转，进而在测量时可以做全息面形状选择。

所述的传声器阵列横向运动驱动模块79包括第第七步进电机d7驱动电路、第八步进电机d8驱动电路，与第七步进电机d7驱动电路相连的第七步进电机d72003，第七步进电机d72003通过轴与齿轮w12004相连，齿轮w12004通过凹口i2006与齿轮杆i2007相啮合，通过第七步进电机d72003的正反转，再通过齿轮w12004传递，带动齿轮杆i2007正反转，从而带动一侧传声器阵列分安臂22横向运动，与第八步进电机d8驱动电路相连的第八步进电机d82103，第八步进电机d82103通过轴与齿轮w22104相连，齿轮w22104通过凹口ii2106与齿轮杆ii2107相连，通过第八步进电机d82103的正反转，再通过齿轮w22104传递，带动齿轮杆ii2107正反转，从而带动另一侧传声器阵列分安臂22横向运动，进而可以在测量可以进行全息面形状选择，另外在对传声器进行校正时起辅助作用；所述的传声器纵向运动驱动模块80包括第三步进电机d3驱动电路、第四步进电机d4驱动电路，与第三步进电机d3驱动电路相连的第三步进电机d31604，第三步进电机d31604与齿轮副ii1603其中一个齿轮相连，通过齿轮副ii1603带动丝杆i1605运动，进而带动丝杆套i1606在滑槽i1608、滑槽ii1609滑动，再带动竖向运动组件s118做纵向运动，进而带动一侧传声器阵列做纵向运动；与第四步进电机d4驱动电路相连的第四步进电机d41704，第四步进电机d41704与齿轮副iii1703其中一个齿轮相连，通过齿轮副iii1703带动丝杆ii1705运动，进而带动丝杆套1706在滑槽iii1708、滑槽iv1709上滑动，从而带动竖向运动组件s120做竖向运动，从而带动另一侧的传声器做竖向运动；所述的传声器阵列校正运动驱动模块81包括第九步进电机d9驱动电路、第十步进电机d10驱动电路，与第九步进电机d9驱动电路相连的第九步进电机d92501，第九步进电机d92501通过其丝杆与连接件l1(2507)相连，通过第九步进电机d9的正反转，可以使传声器校正机构i25的连接件l12507正反转180度，进而带动传声器校正机构i25的其他部件正反转180度，与第十步进电机d10驱动电路相连的第十步进电机d102601，第十步进电机d102601通过其丝杆与连接件l22607相连，通过第十步进电机d10的正反转，可以使传声器校正机构ii25的连接件l22607正反转180度，进而带动传声器校正机构ii26的其他部件正反转180度。

所述的声压测试及声学反演计算模75包括声压测试及声学反演计算模块主控制单元7501、高速多支路电子选择开关m17502、信号驱动通道i7504、信号驱动通道ii7503、高速多支路电子选择开关m27505、互易声学换能器单元i7506、互易声学换能器单元ii7507、标定传声器单元7508、高速多支路电子选择开关m37509、标定数据测试通道7512、多支路待测传声器单元7510、多支路数据测试通道7511，高速多支路电子选择开关m17502的输入与声压测试及声学反演计算模块主控制单元7501的内部dds单元的输出相连，高速多支路电子选择开关m17502的输出分别与信号驱动通道i7504、信号驱动通道ii7503的输入相连，信号驱动通道i7504、信号驱动通道ii7503的输出分别与高速多支路电子选择开关m27505相连，高速多支路电子选择开关m27505的输出分别互易声学换能器单元i7506、互易声学换能器单元ii7507、高速多支路电子选择开关m17502、标定数据测试通道7512、多支路数据测试通道7511的输入相连，标定传声器单元7508、互易声学换能单元ii7507、多支路待测传声器单元7510的输出与高速多支路电子选择开关m37509输入相连，高速多支路电子选择开关m37509的输出与标定数据测试通道7512、多支路数据测试通道7511的输入相连，标定数据测试通道7512的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元7501的输入相连，多支路数据测试通道7511的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元7501相连；所述的声压测试及声学反演主控制单元7501基于fpga组成，(fpga是field-programmablegatearray的简称，即现场可编程门阵列)包括位于fpga芯片内部的分单元以及位于fpga外部的分单元，内部分单元包括数据接收存储分单元、内部dds分单元、时钟信号管理分单元、一、二维混合fft计算分单元、频谱能量重心法校正分单元、内部控制分单元、正则化处理分单元、多维广义矩阵求逆分单元，内部的各个分单元通过内部总线相连，其中数据接收存储分单元与多支路数据测试通道7511及标定数据测试通道7512相连，负责多支路数据测试通道7511及标定数据测试通道7512的数据接收，内部dds分单元(dds是directdigitalsynthesizer的简称，即直接数字频率合成器，这个单元内部图较简单，技术很完善，这里不详细说出)与高速多支路电子选择开关i7502相连，目的是把内部控制分单元提供的频率控制字生成一个确定频率、幅值与相位的正弦波通过高速多支路电子选择开关i7502送到信号驱动通道i7504或信号驱动通道ii7503，一、二维混合fft计算分单元，是根据数据接收存储分单元接收到的数据进行一维fft或二维fft即一维或二维傅立叶变换，得出信号各个频率点幅值、频率、相位或声学反演时对格林函数进行离散计算，建立声学全息面与虚拟球等效源强之间的关系矩阵，时钟信号管理分单元主要是与外部输入的时钟信号相连，对时钟信号进行倍频或分频，产生各个分单元所需要时钟，同步脉冲分送单元主要产生各种同步脉冲，由于有多个测试通道进行声压测试与采样，所以在对测试通道进行通道校正及声压测试时，要求各个分单元同时工作，即时间起点一样，这就要求同步脉冲分送单元产生各种同步脉冲，内部控制分单元主要是完成声压测试及声学反演主控制单元7501一些事务处理，是一个小的控制中心，对声压测试及声学反演计算模块主控制单元7501内外部各个分单元进行控制，正则化处理分单元，是对声学反演时进行正则处理，以克服矩阵的病态性，多维广义矩阵求逆分单元，是完成对广义矩阵的快速求逆运算，以完成广义的声学方程求解，从而来求出未知的虚拟源强；外部分单元包括与fpga相连的同步脉冲分送单元、lcd接口单元、系统复位分单元、外部扩展存储分单元、fpga外部振荡电路分单元、键盘接口分单元、数据交换有线、无线接口ib分单元、看门狗分单元、fpga配置分单元、其中lcd接口分单元还与lcd相连，其中的fpga配置单元主要是存储产生声压测试及声学反演计算模块主控制单元7501内部分单元的程序，由于fpga内部是不能保存程序，所以产生内部分单元的程序需要一个配置分单元来保存，电源分单元、fpga外部振荡电路分单元、系统复位分单元、看门狗分单元、外扩存储器分单元是一些常用的单元，这里不再详细说明，数据交换有线、无线接口ib与数据交换有线、无线接口电路ia相连，可以完成数据通过有线或无线的传递；所述的信号驱动通道i7504包括低通虑波单元1以及与低通虑波单元1相连的功率放大单元1，信号驱动通道ii7503包括低通虑波单元2以及与低通虑波单元2相连的功率放大单元2，这两个单元目的是对内部dds单元给出的波形进行虑波与放大，来驱动互易声换能器单元i、ii以产生声波；所述的互易声学换能单元i7506包括互易声学换能g12505、互易声学换能器g32605，其中这两声学换能器选中哪一个由一个高速电子开关根据程序来选择，这个高速电子选择开关在示意图中没有标出，互易声学换能单元ii7507包括互易声学换能器g22508、互易声学换能器g42608；其中这两声学换能器选中哪一个由一个高速电子开关根据程序来选择，这个高速电子选择开关在示意图中同样没有标出；所述的标定数据测试通道7512包括信号放大单元、带通虑波单元、直流信号偏置单元、电压限幅单元、高速a/d变换单元，信号放大单元的输出与带通虑波单元的输入相连，带通虑波单元的输出与直流信号偏置单元输入相连，直流信号偏置单元的输出与电压限幅单元的输入相连，电压限幅单元的输出与高速a/d变换单元输入相连，高速a/d变换单元的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元(7501)相连，标定数据测试通道7512是对标定传声器单元7508输入的数据进行调理；所述的多支路数据测试通道7511包括多支路信号放大单元、多支路带通虑波单元、多支路直流信号偏置单元、多支路电压限幅单元、多支路高速a/d变换单元，多支路信号放大单元的输出与多支路带通虑波单元的输入相连，多支路带通虑波单元的输出与多支路直流信号偏置单元的输入相连，多支路直流信号偏置单元的输出与多支路电压限幅单元的输入相连，多支路电压限幅单元的输出与多支路高速a/d变换单元的输入相连，多支路高速a/d变换单元的输出与声压测试及声学反演计算模主控制单元7501相连，多支路数据测试通道7511是对多支路待测传声器单元7510输入的数据进行调理；所述的信息输入显示模块(73)包括信息输入显示模块主控制单元(7301)、信息输入显示模块信息显示单元(7302)，其中信息输入显示模块主控制单元(7301)基于fpga芯片组成，位于fpga内部的分单元包括内部控制分单元、lcd输出控制分单元、同步时钟分配分单元、时钟分单元，内部的分单元通过内部总线相连，外部的分单元包括与fpga芯片相连的电源电路分单元、复位分单元、fpga配置分单元、外部晶振分单元、键盘分单元，数据交换有线、无线接口电路iib与数据交换有线、无线接口电路iia相连，信息输入显示模块信息显示单元(7302)包括以下分单元，包括与信息输入显示模块主控制单元(7301)相连的lcd驱动分单元、与lcd驱动单元相连的lcd，该模块的目的是输入显示数据；所述的标定传声器单元(7508)包括标定传声器i(27)、标定传声器ii(28)，标定传声器ii(28)作为标定传声器i(27)的备用。

所述的一种自由声场小型声全息测量及反演装置智能控制系统主流程图如图5，首先系统上电，首先进行控制中心模块70初始化，然后判初始化是否成功，如不成功，则判断是否超时，如不超时，则继续判断初始化是否成功，如超时则显示系统错误，如果初始化成功，则控制中心模块70向各分模块发出初始化命令并发出应答确认信号，然后判断是否收到全部应答信号，如没有全部收到，则判断初始化是否超时，如超时，则显示系统错误，如不超时，则继续判断是否收到全部应答信号，如收到，则进行进入系统就绪，给出“请输入以下参数”k，n1，n2，n3，n4，w[x]，h1(x1，y1，z1)，h2(x2，y2，z2)，h(x3，y3，z3)，h1，其中x为1到n2，然后进入全息面形状选择分流程，全息面形状选择分流程结束以后进入整个装置水平定位分流程，整个装置水平定位分流程结束以后，进入标定数据测试通道多频率幅值与相位及标定传声器多频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程，标定数据测试通道多频率幅值与相位及标定传声器多频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程结束以后，进入普通待测数据测试通道幅值与相位及传声器阵列多频率幅值灵敏度与相位计算测试分流程，普通待测数据测试通道幅值与相位及传声器阵列多频率幅值灵敏度与相位计算测试分流程结束以后进入声压测试计算分流程，声压测试计算分流程结束后进入声学反演计算分流程，声学反演计算分流程结束以后判断测试反演任务结束了吗，如不是就返回系统就绪，如果是就任务结束，该流程中的参数k为全息面形状选择参数，n1为待测传声器个数也是待测测试通道个数，n2为要校正的频数个数，n3为做fft运算进行采集的周期数，w[x]为需校正的频率值，h1(x1，y1，z1)为虚拟球面所在的参考位置坐标、h2(x2，y2，z2)为全息面的位置坐标h3(x3，y3，z3)为重建面的位置坐标，h1为支撑座i的初始预定高度。

所述的全息面形状选择分流程图如图6，首先传入选择参数k，然后判断k是否等1，如是则选择全息面形状1，如不是就判断k是否等于2，如是则选择全息面形状2，如不是就判断k是否等于3，如是则选择全息面形状3，如不是就判断k是否等于4，如是则选择全息面形状4，如不是就结束，该流程中的参数k为全息面形状选择参数。

所述的整个装置水平定位分流程如图7，首先传入参数h1，驱动第一丝杆电机n1运动，使支撑座i的高度等于给定的设定值h1，检测水平位置传感器k2的值，然后判断该值是否大于0，如果不大于0，则驱动第三丝杆n3正向运动，使支撑座iii抬高，再返回检测水平位置传感器k2的值，如果大于0则驱动第三丝杆n3反向运动，再返回检测水平位置传感器k2的值，如果等于0，则检测水平位置传感器k1的值，然后判断该值是否大于0，如果不大于0，则驱动第二丝杆n2电机正向转动，然后再返回检测水平位置传感器k1的值，使支撑座ii抬高，如果大于0，则驱动第二丝杆n2电机反向转动，然后再返回检测水平位置传感器k1的值，如果等于0，则结束，该流程中h1为支撑座i的初始预定高度。

所述的标定数据测试通道多频率幅值与相位及标定传声器多频率幅值灵敏度与相位测试计算分流程图如图8；首先传入参数n2，n3，w[x]，其中x的范围为1到n2，然后给循环变量l1，l2预置初值为1，即l1＝1，l2＝1，然后对频率变量w及循环变量赋值即w＝w[l2]，l2＝l2+1，然后进定标定数据测试通道单一频率幅值与相位测试计算分流程，该流程结束以后进入标定传声器的单一步率幅值灵敏度与相位测试计算分流程，该流程结束后保存两个流程的输出数据，即：

b1[l1][l2]＝aj，β1[l1][l2]＝θj，b2[l1][l2]＝a04，β2[l1][l2]＝θ04，b3[l1][l2]＝an1，β3[l1][l2]＝θn1b4[l1][l2]＝a01，β4[l1][l2]＝θ01，数据保存结束后，判断l2是否大于n2，如果不大于，则返回对频率变量w及循环变量赋值即w＝w[l2]，l2＝l2+1，如果大于，则l2＝l2+1，然后判断l1是否大于等于1，如果不大于，则l1＝l1+1，并且返回对频率变量w及循环变量赋值即w＝w[l2]，l2＝l2+1，如果大于等于1，则输出数据b1[l1][l2]，β1[l1][l2]，b2[l1][l2]，β2[l1][l2]，b3[l1][l2]，β3[l1][l2]，b4[l1][l2]，β4[l1][l2]，其中l1为1-1，l2为1到n2，然后结束任务，该流程中n2为要校正的频数个数，n3为做fft运算进行采集的周期数，w[x]为需校正的频率值。

所述的普通待测数据测试通道与传声器阵列多频率幅值灵敏度与相位计算测试分流程如图9，传入参数：n1，n2，n3，w[x]，b1[l1][l2]，β1[l1][l2]，b2[l1][l2]，β2[l1][l2]，其中x的范围为1到n2，l1为1到1，l2为1到n2，然后置循环变量赋初值m1＝1，m2＝1，然后对频率变量赋值w＝w[m2]，然后进入单一待测数据测试通道单一频率幅值与相位测试信号加载步骤流程，该流程结以后进入单一待测传声器单一频率幅值灵敏度与相位测试信号加载步骤流程，该流程结束后得出测试通道的幅值与相位以及传声器的幅值灵敏度与相位，即：

，并对变量m2进行加1再赋给m2，然后再判断m2是否大于n2，如果不大于则返回对对频率变量赋值w＝w[m2]，如果大于，则m1＝m1+1，然后再判断m1是否大于n1，如果不大于，则返回对对频率变量赋值w＝w[m2]，如果大于则输出c1[m1][m2]，δ1[m1][m2]，c2[m1][m2]，δ2[m1][m2]，其中c1[m1][m2]，δ1[m1][m2]分别为m1路待测数据测试通道在频率为w[m2]的幅值与相位，c2[m1][m2]，δ2[m1][m2]为第m1路待测传声器在频率为w[m2]的幅值与相位，m1为1到n1，m2为1到n2。

所述的声压测试计算分流程图如图10，传入参数n1，n2，n3w[x]，c1[m1][m2]，δ1[m1][m2]，c2[m1][m2]，δ2[m1][m2]，其中m1为1到n1，m2为1到n2，x为1到n2；然后信号的加载与计算，即主控制单元7501内部的同步脉冲分送分单元给出同步脉冲，内部dds单元在脉冲同步下，n1个数据测试通道分别同时采集n3周期数据，n1组数据经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w[x]的信号幅值r[m1][m2]及相位ψ[m1][m2]，最后求出全息面n1个点上的全息面复声压即：

p[m1][m2]＝r[m1][m2]/(c1[m1][m2]*c2[m1][m2])，

其中m1为1到n1，m2为1到n2，最后输出数据p[m1][m2]，然后结束，p[m1][m2]，为全息面上第m1传声器路在频率为w[m2]的幅值与相位，m1为1到n1，m2为1到n2。

所述的声学反演计算分流程图如图11，传入虚拟球面所在参考中心坐标h1(x1，y1，z1)、全息测量面的中心坐标h2(x2，y2，z2)、重建面的中心坐标h3(x3，y3，z3)、虚拟球的个数n4以及全息面h面复声压数据p[m1][m2]，其中m1为1到n1，m2为1到n2，把全息面复声压数据p赋给pe(h)，然后根据等效源强理论公式对未知源强密度函数σ(rq)进行双向fourier级数展开，同时利用二维fft及梯形公式对格林函数k(r，rq)进行离散化，建立声全息测量面与虚拟球等效源强声压值之间的关系距阵th，从而pe(h)＝[th]q，pe(h)为全息面测量值，q为虚拟球未知源强密度函数σ(rq)双向傅立叶分解后的系数，最后采用与建立[th]同样的方法建立待反演面上h⁺声压值与拟球之间传递矩阵结合pe(h)＝[th]q与求出并th进行正则化处理得到：其中pe[h⁺]为重建面的声压，α为正则化参数，i为单位矩阵，为th的共轭转置矩阵，为对求逆，s′是振动体内某一虚拟源强分布表面，σ(rq)为待求的虚拟源强密度函数，k(r，rq)为积分核函数，即格林函数k(r，rq)＝g(r，rq)＝(1/4πr)e^ikr，rq虚拟球半径，r为虚拟源强到测量面或重建面的距离。

所述的标定数据测试通道单一频率幅值与相位测试计算步骤分流程如图12，传入频率w及采集周期个数n3，其计算步骤为；

(a)主控制单元7501内部的同步脉冲分送单元给出同步脉冲，内部dds单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经过高速多支路电子选择开关m17502加到信号驱动通道i7504上，该信号再经过高速多支路电子选择开关m2(7505)直接加到标定数据测试通道7512上，信号变为：

即a01＝araq1ajθ01＝θq1+θj对同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w的信号的幅值a01及相位θ01，上面各式中bq1(jw)信号驱动通道i7504的频率响应函数，aq1为bq1(jw)的幅值，θq1为bq1(jw)的相位延迟角，bj(jw)为标定数据测试通道7512的频率响应函数，aj为bj(jw)的幅值，θj为bj(jw)相位延迟角。

(b)主控制单元7501内部的同步脉冲分送分单元给出同步脉冲，内部dds分单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经过高速多支路电子选择开关m17502加到信号驱动通道ii7503上，该信号再经过高速多支路电子选择开关m27505直接加到标定数据测试通道7512上，信号变为：即：a02＝araq2ajθ02＝θq2+θj对同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w信号的幅值a02及相位θ02，上面各式中bq2(jw)信号驱动通道ii7503的频率响应函数为，aq2为bq2(jw)的幅值，θq2为bq2(jw)的相位延迟角，bj(jw)为标定数据测试通道7512的频率响应函数，aj为bj(jw)的幅值，θj为bj(jw)相位延迟角。

(c)主控制单元7501内部的同步脉冲分送分单元给出同步脉冲，内部dds分单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经过高速多支路电子选择开关m17502加到信号驱动通道i7504上，该信号再经过高速多支路电子选择开关m27505加到信号驱动通道ii7503上，再经过高速多支路电子选择开关m27505加到标定数据测试通道7512上，信号变为：

即：a03＝araq1aq2aj，θ03＝θq1+θq2+θj，

对同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w信号幅值a03及相位θ03，上式bq1(jw)信号驱动通道i7504的频率响应函数，aq1为bq1(jw)的幅值，θq1为bq1(jw)的相位延迟角，bj(jw)为标定数据测试通道7512的频率响应函数，aj为bj(jw)的幅值，θj为bj(jw)相位延迟角，bq2(jw)信号驱动通道ii7503的频率响应函数为，aq2为bq2(jw)的幅值，θq2为bq2(jw)的相位延迟角。

(d)由a01，a02，a03，ar求出aq1，aq2，aj，由θ01，θ02，θ03求出θq1，θq2，θj即：

aq1＝a03/a02aq2＝a03/a01aj＝(a01a02)/(ara03)

θq1＝θ03-θ02θq2＝θ03-θ01θj＝θ01+θ02-θ03

最后输出a01，a02，a03，a04，θ01，θ02，θ03，θj，n3。

所述的标定传声器的单一频率幅值灵敏度与相位测试计算步骤分流程如图13，首先传入参数w，a01，a02，a03，θ01，θ02，θ03，n3，其计算步骤为：

(g1)传声器校正机构i25在传声器阵列坚向运运动控制机构iv、传声器阵列横向运动控制机构v配合下，使传声器校正机构i25的传声器插入口i2503插入标定传器27上，同时主控制单元7501内部的同步脉冲分送单元给出同步脉冲，内部dds分单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经过高速多支路电子选择开关m17502加到信号驱动通道i7504，再经过高速多支路电子选择开关m27505，加到互易声学换能g12505上，推动互易声学换能器g12505发声，辐射声波，该声波被与互易声学换能g12502相距为r/2的标定传声器27接收，该信号经过高速多支路电子选择开关m37509加到标定数据测试通道7512，信号变为：

即得：a04＝araq1atr1an1aj，θ04＝θq1+θtr1+θn1+θj，对同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w的信号幅值a04及相位θ04，上式bq1(jw)信号驱动通道i7504的频率响应函数，aq1为bq1(jw)的幅值，θq1为bq1(jw)的相位延迟角，bj(jw)为标定数据测试通道7512的频率响应函数，aj为bj(jw)的幅值，θj为bj(jw)相位延迟角，bq2(jw)信号驱动通道ii7503的频率响应函数为，aq2为bq2(jw)的幅值，θq2为bq2(jw)的相位延迟角，btr1(jw)为互易声学换能g12505发射频率响应函数，atr1为btr1(jw)的幅值，θtr1为btr1(jw)相位延迟角，bn1(w)为标定传声器(27)接收频率响应函数，an1为bn1(w)的幅值，θn1为为bn1(w)的相位延迟角。

(g2)传声器校正机构i25在传声器阵列坚向运运动控制机构iv、传声器阵列横向运动控制机构v配合下，使传声器校正机构i25的传声器插入口i2503插入标定传器27上，同时主控制单元7501内部的同步脉冲分送单元给出同步脉冲，内部dds分单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经高速多支路电子选择开关m17502，加到信号驱动通道ii7503，该信号经过高速多支路电子开关m27505，加到互易声学换能g22508上，推动互易声学换能器g22508发声，辐射声波，该声波被与互易声学换能g22508相距为r/2的标定传声器27接收，该信号经过高速多支路电子选择开关m37509加到标定数据测试通道7512，信号变为：

即得：a05＝araq2atr2an1aj，θ05＝θq2+θtr2+θn1+θj，对同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w的信号的幅值a05及相位θ05，上式bq2(jw)信号驱动通道ii7503的频率响应函数，aq2为bq2(jw)的幅值，θq2为bq2(jw)的相位延迟角，bj(jw)为标定数据测试通道7512的频率响应函数，aj为bj(jw)的幅值，θj为bj(jw)相位延迟角，btr2(jw)为互易声学换能g22508发射频率响应函数，atr2为btr2(jw)的幅值，θtr2为btr2(jw)相位延迟角，bn1(w)为标定传声器27接收频率响应函数，an1为bn1(w)的幅值，θn1为为bn1(w)的相位延迟角。

(g3)主控制单元7501内部的同步脉冲分送分单元给出同步脉冲，内部dds分单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经过高速多支路电子选择开关m17502，加到信号驱动通道i7504，该信号经过高速多支路电子选择开关m27505上加到互易声学换能g12505上，推动互易声学换能器g12505发声，辐射声波，该声波被与互易声学换能器g12505相距为r的互易声学换能器g22508接收，该信号经过高速多支路电子选择开关m37509加到数据测试通道，信号变为：

即得：a06＝araq1atr1atr2[2r/(ρf)]aj，θ06＝θq1+θtr1+θtr2-kr+π/2+θj，对同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w的信号幅值a06及相位θ06，上式bq1(jw)信号驱动通道i7504的频率响应函数，aq1为bq1(jw)的幅值，θq1为bq1(jw)的相位延迟角，bj(jw)为标定数据测试通道7512的频率响应函数，aj为bj(jw)的幅值，θj为bj(jw)相位延迟角，btr1(jw)为互易声学换能g12505发射频率响应函数，atr1为btr1(jw)的幅值，θtr1为btr1(jw)相位延迟角，btr2(jw)为互易声学换能g2(2508)发射频率响应函数，atr2为btr2(jw)的幅值，θtr2为btr2(jw)相位延迟角，b′tr2(jw)为互易声学换能g2(2508)接收频率响应函数，ρ0为空气密度，f为声波的频率，2r/ρ0f为球面自由声场的互易参量，对于其他自由声场这个参数适当修正，同样可以适用用其他类型的自由声场来做为测试声源。

(g4)由a01，a02，a03，a04，a05，a06，ar求出atr1，atr2，an1：

由θ01，θ02，θ03，θ04，θ05，θ06求出θtr1，θtr2，θn1：θn1＝(θ01+θ04+θ05-θ03-θ06-θj+kr-π/2)/2所求得的an1、θn1就是待测传声器的幅值灵敏度与相位校正系数，输出an1，θn1，a04，θ04

所述的单一待测数据测试通道单一频率幅值与相位测试信号加载步骤流程如图14，传入参数n3，然后进行信号的加载计算，即：主控制单元7501内部的同步脉冲分送分单元给出同步脉冲，内部dds单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经过高速多支路电子选择开关m1(7502)加到信号驱动通道i7504上，该信号再经过高速多支路电子选择开关m27505直接加到第m1路数据测试通道7511上，信号变为：即对同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算分单元及频谱能量重心法校正分单元的计算与校正得出频率为w的信号幅值及相位最后输出幅值及相位

所述的单一待测传声器单一频率幅值灵敏度与相位测试试号加载步骤流程如图15传入参数n3，然后进行信号的加载计算，即：传声器校正机构i25在传声器阵列坚向运运动控制机构iv、传声器阵列横向运动控制机构v配合下，使传声器校正机构i25的传声器插入口i2503插入第m1路传声器，同时主控制单元7501内部的同步脉冲分送单元给出同步脉冲，内部dds单元在脉冲同步下给出一个正弦波信号sr＝are^-jw，其中ar为信号sr的幅值，w为信号sr的频率，该信号经过高速多支路电子选择开关m17502加到信号驱动通道i7504，再经过高速多支路电子选择开关m27505上，加到互易声学换能器g12505上，推动互易声学换能器g12505发声，辐射声波，该声波被与互易声学换能器g12505相距为r/2的第m1路传声器接收，该信号经过高速多支路电子选择开关m37509加到第m1路数据测试通道7511上，信号变为：

即得：对s同步采样n3个整数周期信号，该信号经主控制单元7501中一、二维混合fft计算及频谱能量重心法校正单元的计算与校正得出频率为w的信号幅值及相位输出幅值及相位

所述的能量重心法频谱校正法为对频率校正，对幅值进行校正，其中m一般取1或2，xk为快速傅里叶变换中频谱图中k位置的复值谱，kt为能量恢系数，kt的取一般与窗函数的选取有关，用hanning窗时一般取8/3。