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聲學成像是什么原理?

來源:匯多麗聲學??瀏覽次數:次??發布時間:2017/01/03 13:55

  匯多麗今天為大家分享下聲學成像的原理,聲學成像肯定需要聲學相機,聲學照相機又名聲相(像)儀,是利用傳聲器陣列測量一定范圍內的聲場分布的專用設備,可用于測量物體發出的聲音的位置和聲音輻射的狀態,并用云圖方式顯示出直觀的圖像,即聲成像測量。

聲學成像

  作用

  能夠對穩態、瞬態以及運動聲源進行快速識別定位,幫助人們直觀的認識聲波、聲場和聲源,了解機器設備產生噪聲的部位和原因,進而尋找治理噪聲、控制噪聲的途徑。

  聲成像

  是基于傳聲器陣列測量技術,通過測量一定空間內的聲波到達各傳聲器的信號相位差異,依據相控陣原理確定聲源的位置,測量聲源的幅值,并以圖像的方式顯示聲源在空間的分布,即取得空間聲場分布云圖-聲像圖,其中以圖像的顏色和亮度代表聲音的強弱。將聲像圖與陣列上配裝的攝像實所拍的視頻圖像以透明的方式疊合在一起,就形成了可直觀分析被測物產生噪聲狀態。

  發展

   聲成像的研究開始于20世紀20年代末期。最早使用的方法是液面形變法。隨后,很多種聲成像方法相繼出現,至70年代已形成一些較為成熟的方法,并有了大量的商品化產品。聲成像方法可分為主動聲成像、掃描聲成像和聲全息。

  原理

  由于很多聲檢測器均能記錄聲波的幅度和相位,并將其轉換成相應的電信號,記錄換能器陣列各單元接收信號的幅度和相位,即可重現物體聲像。聲成像質量的主要指標有圖像的分辨率、信噪比、畸變和虛像等。聲成像的質量不僅與所用的儀器設備有關,而且在很大程度上還與聲波在介質中傳播的特性(如反射、折射和波型轉換)有關。

  聲相儀的指標定義

  1. 本底噪聲指發生在測量或記錄中與信號存在與否無關的一切干擾聲音信號,主要由畸變引起的本底噪聲、電路熱噪聲和量程過大造成的量化誤差引起的噪聲。

  2. 動態范圍(dB)是指聲相儀工作時能夠接收到的最小信號和在無非線性失真情況下最大聲壓之間的范圍,由單個傳聲器本身特性決定。

  3. 頻率范圍(上限頻率、下限頻率)上限頻率 由陣列的陣元的最小間距決定,定義為在攝像頭視角范圍內不出現聲源虛像的最高頻率,其理論值是最小半波長應大于最小陣元間距。下限頻率 由陣列的分辨能力決定,定義為當兩個聲源位置處于攝像頭視角邊緣,聲相儀所能夠分辨出兩個聲源的最低頻率,其理論值是最大半波長應小于陣列孔徑。

  4. 主瓣寬度(°)主瓣寬度是表示波束圖中主瓣尖銳程度的參數。通常用波束圖中的半功率點或主瓣的零點之間的對應的角度量度。

  5. 聲相儀的角分辨率聲相儀角分辨率是以波束主瓣寬度來量度,通常定義為主瓣的兩個零點之間的角度范圍,或主瓣半功率點之間的角度范圍。小的主瓣寬度給出更好的角度分辨率。(單位 °)

  6. 旁瓣抑制由于主瓣以外的第一個旁瓣是所有旁瓣中幅度響應最大的一個,因此用第一個旁瓣的相對于主瓣的高低差來定義其旁瓣級。旁瓣級決定了聲相儀對觀測方向以外方向上到達干擾信號的抑制能力。單位 -dB。

  7.陣列增益聲相儀增益定義為傳聲器陣列輸出信噪比與陣元輸出信噪比之比。

  8. 信號增強陣列對正前方向聲波測量輸出的放大量,即相對于個傳聲器測量的信號增益,以dB表示。

  9. 指向性函數β(θ,φ)在以聲相儀的等效中心為球心的大球面上,不同方位(θ,φ)處的聲壓幅值p(θ,φ)與最大響應方向上的聲壓幅值p(θ0,φ0)之比稱為聲相儀的指向性函數β(θ,φ) 。

  10. 聲像與視頻偏離度指陣上視頻圖像與陣列計算所得出的聲像圖重疊時的偏差,通常以度(°)為單位。陣列需要用一下標準源來校驗,該準源為一個無限小聲源,且聲音強度足夠大,可以發出單頻內調節。

  11.響應速度(秒/幀)指聲相儀取得一幀聲像圖所需要的時間,反映聲相儀的信號處理速度,一般為毫秒級,能讓人眼感覺圖像連續變化的速度是40ms。

  12. 最大探測距離(m)指聲相儀能夠取得清晰聲像的最遠距離,與聲源的強度和信噪比有關。

  13. 最小探測距離(m)指聲相儀能夠分辨聲源的最小距離,與陣列的結構有關。

  14. 視場虛像率(dB)指視場內出現的最大虛像相對于主聲源的衰減量。

  15. 全景虛像率(dB)指不涉及視頻圖像,由陣列聲成像所涉及的最大范圍內的虛像,相對于主聲源的衰減量。

  聲成像的發展和應用,擴大了人們的探測范圍,不僅可以檢查機器精密、極小零件的損壞,也可以探測人無法到達的區域,例如:深海探測;方便了機械工程檢修,也讓人們了解到更多的未知世界。聲學應用廣泛,一個神奇的學科!

(責任編輯:匯多麗 )
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