一种两用型可拆卸螺旋声阵列装置

本实用新型涉及声音信号采集技术领域，尤其是涉及一种两用型可拆卸螺旋声阵列装置。

背景技术：

声源定位技术是确定声源与传声器的相对方向及距离的技术。由于单个传声器对声信号的获取能力无法满足要求，不能用于空间定位。因此在实际工程应用中，通常利用一系列相同型号的传声器，将其按照利于接收空间信号的方式排布位置，组成传声器阵列来获取一个目标方向上的声信号。根据阵列中各传声器之间存在的相关型，对采集到的声信号数据进行分析与融合处理，实现声源定位和故障诊断等功能。传声器阵列的关键影响因素主要有探测声源的频率、声源距离阵列板的距离、阵列板的孔径、麦克风数目和分布、麦克风传感器的性能等。在一定条件下通过增加孔径大小和探测频率可以提高阵列分辨率，但是与此同时，动态范围会因为频率的升高而降低。当声源处于较高频率时，动态范围会明显下降导致声源位置无法明确，因此选取合理的声阵列排列方式能够在动态范围可接收的范围内提高分辨率。

在目前已投入应用的传声器阵列中，螺旋型分布阵列因为其能够在有效的面积内调节传声器的分布数目密度来提升动态范围，并在一定范围内保证阵列的分辨率不会降低，因此受到了声学系统领域的青睐，传统螺旋型传声器阵列使麦克风分布在阵列平面上，并让每个麦克风都占据有一定的面积，然而，虽然螺旋型阵列性能效果优良，但提升动态范围会增大波束带宽，导致阵列的指向性降低，分辨率变差，而声学成像追求更高的阵列分辨率来提升定位精度和空间分辨率，所以要求在可接受的动态范围内，尽可能的降低主瓣的宽度。在不同情况下，需要重点考虑和牺牲的因素不同，而现在没有一套装置可以在考虑因素不同的情况下均适用。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种灵活方便、适用性高的两用型可拆卸螺旋声阵列装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种两用型可拆卸螺旋声阵列装置，包括阵列支架、中心阵列传声器、拓展模块传声器、安装于阵列支架上的中心面板以及可拆卸安装于阵列支架和中心面板上的拓展翼板，所述的中心阵列传声器安装于中心面板上，形成以中心面板的中心为圆心的圆环型传声器阵列，所述的拓展翼板设置多个，分别可拆卸安装于中心面板的侧面，且与中心面板处于同一平面，所述的拓展模块传声器安装于拓展翼板上，与中心阵列传声器相互配合形成多臂螺旋型传声器阵列。

进一步地，所述的圆环型传声器阵列包括由内向外半径依次等间距增大的四个同心圆，每一个同心圆上分别均匀设置相同数量的中心阵列传声器。

进一步地，所述的中心面板为正多边形面板，其表面分别开设多个用于安装中心阵列传声器的中心安装孔和用于与阵列支架固定连接的中心阵列后支撑孔，其每条边的侧面开设用于与拓展翼板连接的中心阵列侧连接孔。

更进一步地，所述的中心面板为镂空中心面板，包括正多边形框架、三个同心圆框架和用于连接正多边形框架和三个同心圆框架的连接板，所述的三个同心圆框架由内向外半径依次等间距增大，所述的连接板设置多个，其一端与正多边形框架的顶点一体连接，另一端与最内部的同心圆框架一体连接，中间部分分别与中间的同心圆框架和最外部的同心圆框架一体连接，所述的中心阵列传声器分别均匀设置于三个同心圆框架围成的圆环上和正多边形框架的内切圆环上。

更进一步优选地，所述的圆环型传声器阵列中最外层的同心圆上的中心阵列传声器分别设置于正多边形框架的各顶点处和/或各条边的中点处。

进一步地，多个拓展翼板依次安装于中心面板正多边形的每一条边上，所述的拓展翼板包括相互连接形成镂空框架的传声器侧板、安装侧板和连接侧板，所述的连接侧板呈u型，其底面与中心面板相互连接，两侧面分别与相邻的拓展翼板连接，所述的连接侧板底面的长度与中心面板的正多边形边长相同，且在侧面开设与中心阵列侧连接孔相互对配的拓展模块侧连接孔，所述的拓展模块传声器安装于传声器侧板上，与对应的中心阵列传声器相互配合形成螺旋单臂，所述的安装侧板上开设多个拓展模块后支撑孔，用于连接拓展翼板和阵列支架。

更进一步地，所述的拓展翼板上的拓展模块传声器分为基础阵元传声器和离散传声器，所述的基础阵元传声器与中心面板上对应的中心阵列传声器配合形成螺旋单臂的前部，所述的离散传声器与相邻的下一拓展翼板上的基础阵元传声器和对应的中心阵列传声器相互配合，形成完整的螺旋单臂。

优选地，所述的中心面板为正八边形面板，所述的正多边形框架为正八边形框架。

优选地，所述的圆环型传声器阵列中，各中心阵列传声器孔的最大直径为1/2英寸或1/4英寸。

优选地，所述的基础阵元传声器设置四个，所述的离散传声器设置两个。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型设计可拆卸安装的拓展翼板，使得阵列具有可拆卸功能，可以根据采集需求进行拆装，携带方便，增加了该阵列的灵活性；

2)本实用新型设计的阵列具有两用性：中心阵列采用规则圆环型阵列，可以将传声器均匀分布在圆周上，该阵型的3db带宽较小，主瓣的辐射效果好；拓展翼板安装上后，则与中心阵列配合形成多臂螺旋型阵列，每条臂上每个麦克风占据着相等面积，该阵型分辨率高、抑制旁瓣的效果好，适用于声学成像，本实用新型可在使用时可以根据需求确定选择哪一种阵型，适用性高。

3)本实用新型设计的中心面板和拓展翼板采用镂空结构，不仅减轻了阵列的重量，易于携带，还节约了制作成本，同时镂空结构刚性有利于消除声波反射带来的影响，以达到减轻噪声干扰的目的，提高声源采集的准确性；

4)本实用新型设计的阵列孔套可以采用3d打印，可以根据传声器的直径大小来决定孔套打印的尺寸，提高了阵列传声器安装的灵活性且节约了制作成本。

附图说明

图1为声阵列装置的中心阵列图；

图2为声阵列装置的单臂模块图；

图3为声阵列装置的螺旋型单臂组装阵列图；

图4为声阵列装置的螺旋型多臂组装阵列图；

图5为声阵列装置的螺旋型阵列传声器位置示意图。

其中：1、中心阵列传声器，2、中心阵列后支撑孔，3、中心阵列侧连接孔，4、拓展模块传声器，41、基础阵元传声器，42、离散传声器，5、拓展模块后支撑孔，6、拓展模块侧连接孔，7、中心面板，71、正多边形框架，72、同心圆框架，73、连接板，8、拓展翼板，81、传声器侧板，82、安装侧板，83、连接侧板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图4和图5所示，本实用新型提供一种两用型可拆卸螺旋声阵列装置，包括阵列支架、中心阵列传声器1、拓展模块传声器4、安装于阵列支架上的中心面板7以及可拆卸安装于阵列支架和中心面板7上的拓展翼板8，中心阵列传声器1安装于中心面板7上，形成以中心面板7的中心为圆心的圆环型传声器阵列，可将传声器均匀分布安装在圆周上，该阵型3db带宽较小，主瓣的辐射效果好，拓展翼板8设置多个，依次安装于中心面板7的每一条侧边上，且与中心面板7处于同一平面，拓展模块传声器4安装于拓展翼板8上，与中心阵列传声器1相互配合形成多臂螺旋型传声器阵列，每条螺旋臂上的传声器占据着相等面积，该阵型分辨率高、抑制旁瓣的效果好，且方便拆卸组装易于携带。在不同的应用场景下，可以通过拆卸阵列的拓展模块来选择适合声场采集的阵型，并将传声器安放在不同的位置已实现功能，达到一阵列两用的设计目的。

如图1所示，中心面板7为镂空铝制中心面板，包括正多边形框架71、三个同心圆框架72和用于连接正多边形框架71和三个同心圆框架72的连接板73，本实施例中，正多边形框架71采用正八边形框架，中心面板7为正八边形面板。三个同心圆框架72由内向外半径依次等间距增大，三个同心圆框架72和正八边形框架上分别均匀开设16个中心安装孔，正八边形框架上的中心安装孔与三个同心圆框架72上的中心安装孔共同形成由内向外半径依次等间距增大的四个同心圆，中心阵列传声器1安装于各中心安装孔上，且每一个同心圆上的数量相同，可按照采集需要决定安放中心阵列传声器1的数目，每一个圆周上最多放置16个中心阵列传声器1，如不需要则可间隔安放。

连接板73设置多个，其一端与正八边形框架的顶点一体连接，另一端与最内部的同心圆框架72一体连接，中间部分分别与中间的同心圆框架72和最外部的同心圆框架72一体连接。在正八边形框架、三个同心圆框架72和连接板73上还开设多个中心阵列后支撑孔2，安装阵列时使用螺栓将中心面板7与阵列支架通过中心阵列后支撑孔2连接，正八边形框架每条边的侧面还开设中心阵列侧连接孔3，以保证阵列在各种环境下进行采集的稳定性和牢固性，当安装拓展翼板8时使用螺栓将中心面板7与拓展翼板8通过中心阵列侧连接孔3连接。

其中，圆环型传声器阵列中最外层的同心圆上的中心阵列传声器1分别设置于正多边形框架71的各顶点处和/或各条边的中点处。

如图2和图3所示，拓展翼板8包括相互连接形成镂空铝制框架的传声器侧板81、安装侧板82和连接侧板8383，连接侧板8383呈u型，其底面与中心面板7相互连接，两侧面分别与相邻的拓展翼板8连接，连接侧板8383底面的长度与中心面板7的正多边形边长相同，且在侧面开设与中心阵列侧连接孔3相互对配的拓展模块侧连接孔6，安装侧板82上开设多个拓展模块后支撑孔5，用于连接拓展翼板8和阵列支架，拓展模块传声器4共设置六个，包括四个基础阵元传声器41和两个离散传声器42，分别安装于传声器侧板81上，与对应的中心阵列传声器1相互配合形成螺旋单臂，其中，基础阵元传声器41与中心面板7上对应的中心阵列传声器1配合形成螺旋单臂的前部，离散传声器42与相邻的下一拓展翼板8上的基础阵元传声器41和对应的中心阵列传声器1相互配合，形成完整的螺旋单臂。

组装后的多臂螺旋型传声器阵列如图4和如图5所示，由8个螺旋型单臂组合而成，其分布位置是在对数螺旋阵列设计基础上将单螺旋看成是一个单臂，整体可以看作是由图2的单螺旋型臂的旋转复制。作为螺旋型阵列使用时，每一个拓展翼板8上的4个位置靠近中心面板7的基础阵元传声器41与上一个拓展翼板8上的两个离散传声器42组合，以此类推组成一个八臂的螺旋型阵列。每条螺旋臂上共设有10个传声器。阵列综合性能效果优良，分辨率高、抑制旁瓣的效果好，可以有效的提升定位精度和空间分辨率。

本实施例中，各传声器孔的直径相等，均按照标准使用的传声器的最大直径设置为1/2英寸，即1.27厘米，或1/4英寸，当选用直径为1/4英寸的传声器时，可配合插入3d打印的传声器孔套使用，传声器孔套通过3d打印制作而成，可以根据传声器的型号来决定打印的尺寸，提高了阵列的灵活性且成本很低。使用时将该孔套安插在安装孔中，一边设计成阵列上安装孔的大小，另一边按照传声器的直径大小设计，当阵列需要更换尺寸不同的传声器进行采集时，可以将传声器插入孔套中使用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。