一种声源定位装置的制作方法

本实用新型涉及声源信息分析计算领域，具体涉及一种声源定位装置。

背景技术：

现有声源定位设备多用于近距离设备噪音检测，且在室内使用，以利用相对安静的环境，提高获取的声源信号的纯度，但也会受到发射信号以外的其他信号的干扰，不能对露天远距离声源进行定位，应用环境条件限制较大，在获取声源信号的时候会受到室外其他声源等发射信号的干扰，从而导致声源位置测算的准大大降低。另外，现有的声源定位设备集成度较低，灵活性较差，且功能比较单一。

技术实现要素：

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是提供一种声源定位装置，设置了声波接收装置、声控计时装置、声压检测装置以及运算装置。既可以在室内使用也可以在露天场地使用，即可以测近距离的声源又可以测远距离的声源，使用灵活性高，提高了定位的准确度，还设置了线路集合器，以对电信号线路进行整合。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型提供了一种声源定位装置，包括：

声波接收装置100，接收外部声波信号转换为电信号并发送；

声控计时装置200，与所述声波接收装置100电连接，接收并记录所述声波信号到达所述声波接收装置100的时间数据并发送；

声压检测装置300，安装于所述声波接收装置100，检测所述声波信号在所述声波接收装置100产生的声压数据并发送；

运算装置400，分别与所述声波接收装置100、所述声控计时装置200和所述声压检测装置300电连接，接收所述电信号、所述时间数据和所述声压数据，并计算所述声源的位置。

进一步的，所述声波接收装置100包括三个麦克风b、c、d，所述麦克风b、c、d的连线形成正三角形，以分别接收其所在方位的声波信号。

进一步的，所述声控计时装置200包括至少一个计时器，所述麦克风分别电连接于所述计时器，以分别记录所述声波信号依次到达所述麦克风的时间数据。

进一步的，所述声压检测装置200设置有三个声压计，分别对应安装于三个所述麦克风上，检测所述声波信号在每个所述麦克风产生的声压数据。

进一步的，还包括线路集合器500，其输入端与所述声波接收装置100、所述声控计时装置200和所述声压检测装置300分别电连，输出端电连接于所述运算装置400。

(三)有益效果

综上所述，本实用新型提供了一种声源定位装置，设置了声波接收装置、声控计时装置、声压检测装置以及运算装置。本实用新型的定位装置占空间小，集成度高，方便移动，既可以在室内使用也可以在露天场地使用，同时才测量距离上来讲，既可以测近距离的声源又可以测远距离的声源，使用灵活性高，具有较广的市场前景。本实用新型的定位方法，通过定位装置其特有的结构，使测得的数据更精确，提高了定位的准确度。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式声源定位装置结构示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式声波信号接收示意图；

图3是根据本实用新型第二实施方式声源定位方法流程图；

图4是根据本实用新型第二实施方式控制开关非工作状态下的工作流程图；

图5是根据本实用新型第二实施方式控制开关第一工作状态流程图；

图6是根据本实用新型第二实施方式控制开关第二工作状态流程图；

图7是根据本实用新型第二实施方式控制开关第三工作状态流程图。

附图标记：

100：声波接收装置；b：第一麦克风；c：第二麦克风；d：第三麦克风；200：声控计时装置；201：第一计时单元；202：第二计时单元；203：第三计时单元；300：声压检测装置；400：运算装置；500：线路集合器；600：控制开关：601：第一常开开关；602：第二常开开关；603：第三常开开关；604：第一常闭电磁开关；605：第二常闭电磁开关；606：第二常闭电磁开关；z：常开电磁开关。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，图1是根据本实用新型第一实施方式声源定位装置结构示意图。

根据本实用新型的一实施方式，如图1所示，提供了一种声源定位装置，包括：声波接收装置100，接收外部声波信号转换为电信号并发送；声控计时装置200，与声波接收装置100电连接，接收并记录声波信号到达声波接收装置100的时间数据并发送；声压检测装置300，安装于声波接收装置100，检测声波信号在声波接收装置100产生的声压数据并发送；运算装置400，分别与声波接收装置100、声控计时装置200和声压检测装置300电连接，接收电信号、时间数据和声压数据，并基于计算声源的位置。

传输给运算装置400的声波信号，时间数据以及声压数据最终都转换成电信号的形式输送给运算装置400。运算装置400可以为计算机、智能手机、平板电脑等，但不限于此，只要具有数据处理功能或具有处理器即可。

请参阅图1和图2，图2是根据本实用新型第一实施方式声波信号接收示意图。

在一可选实施例中，如图1和图2所示，声波接收装置100包括三个麦克风b、c、d，麦克风b、c、d的连线形成正三角形，以分别接收其所在方位的声波信号。

在本实施例中，三个麦克风构成一个等边三角形，在放置时，三个麦克风可以与声源均非等距，也可以其中两个等距，优选为三个麦克风到声源的距离均不相等，即优选为三个麦克风分别在三个不同的方位。麦克风优选采用高灵敏度的麦克风，降低噪声，得到纯度高的目标声源，从而提高测量的准确性。另外，该麦克风可以采用微型麦克风，减少占比空间提高集成度。

在一可选实施例中，如图1所示，声源定位装置还包括至少一个控制开关600，分别设置于麦克风和声控计时装置200之间，且分别与麦克风和计时装置电连接

在本实施例中，控制开关600可以为一个，也可以为多个，当为一个控制开关600时，该控制开关600可以分别为三个档位，可以通过控制不同档位的开与关分别控制声控计时装置200是否对该档位对应的麦克风传输的声波接收时间开始记录。或者，控制开关600可以为三个，每个麦克风分别连接1个控制开关600；三个控制开关600共同控制一台声控计时装置200内的唯一一个计时器，计时器内设置有三个计时单元，每个计时单元对应1个时间显示屏或3个计时单元对应一个显示屏的三个窗口，从而控制计时器是否对该档位对应的麦克风传输的声波接收时间开始记录。声控计时装置200还包括1个或三个延时断电器，从而记录依次接收声波信号的时间。

在一可选实施例中，如图1所示，声控计时装置200包括至少一个计时器，麦克风分别电连接于计时器，以分别记录声波信号依次到达麦克风的时间数据。

在本实施例中，声控计时装置200内可以设置3个计时器，每个计时器对应设置一个时间显示屏，并且每个计时器设置由1个延时断电器，控制开关600分别与每个计时器对应连接，从而分别记录声波信号依次到达麦克风的时间数据。

在一可选实施例中，如图1所示，声压检测装置300设置有三个声压计，分别对应安装于三个麦克风上，检测声波信号在每个麦克风产生的声压数据。

在本实施例中，三个声压计，分别固定在3个麦克风中间位置，分别监测声波到达3个麦克风时的声压。由于声压计的位置设置在麦克风的中间位置，科准确的测量声波信号在到达该麦克风时产生的实际声压数据，减小误差的产生，以为最后计算声源位置增加准确性。

运算装置400接收到计时器数据和声压计数据，通过设定的公式进行计算，再根据声波传输延时关系以及余弦定理等，计算获得每个麦克风距离声源位置，再根据麦克风的位置，得到声源位置。结合衰减常数，还可以得到实际声源位置处的声源声压数据。

具体以一个其声波接收装置100为形成等边三角形状的三个麦克风、声控计时装置200内唯一的计时器具有三个计时单元、声压检测装置300设置有三个声压计以及控制开关600有三个，且每个控制开关600对应一个麦克风的生源定位装置工作过程和原理详细说明，请结合图1和图2进行理解：

声波信号到达第一个麦克风b，麦克风b将声波信号转换成电信号，电信号到达控制开关600，开关闭合计时器通电，麦克风b对应的计时器单元停止计时得到t1，其他；两个麦克风c、d对应的计时单元同时开始计时。同时声波信号到达麦克风b时，第一个麦克风b上固定的声压计启动工作并检测到声波信号叨叨麦克风b上的声压强度a1。

声波信号不间断持续传输，当到达第二个麦克风c，麦克风c同样的将声波信号转换成电信号，再该电信号到达该麦克风c对应的控制开关600时，该控制开关600闭合，与麦克风c对应的计时单元停止计时得到t2；同时，声波信号到达第二麦克风c时，麦克风c上固定的声压计启动工作并检测到声波信号在麦克风d处产生的声压强度a2。

声波信号到达第三麦克风d，第三麦克风d将声波信号转换成电信号，电信号到达该麦克风对应的控制开关600后，该控制开关600闭合，第三麦克风d对应的计时单元停止计时得到t3；同时，声波信号到达第三麦克风d时，固定再第三麦克风d上的声压计启动工作并检测到声波信号在麦克风d处产生的声压强度a3。

在一可选实施里中，在声源定位装置中，如图2所示，其声源的位置按照如下步骤进行计算：

1)将声源定位设备放置在声源a点附近，声源的初始声压为a0，声源监测设备中的三个声压计b、c、d点呈等边三角形布置，两点之间距离均为s，声压监测读数分别为a1、a2、a3；

2)声波从声源a点到达三个声压计b、c、d点的距离分别为l1、l2、l3；

3)a、c两点b、c两点所呈角为∠β，a、c两点d、c两点所呈角为∠r；

4)声波在空气中传播的速度为v；

5)声压的衰减常数为α，计算公式如下：

由此推算：

同理：

6)声波从声源a点到达三个麦克风b、c、d点的时间分别为t1、t2、t3；

7)声波从声源a点到达c、b点麦克风的时间差为δt1＝t2-t1；声波从声源a点到达d、b点麦克风的时间差为δt2＝t3-t1；

8)声波从声源a点到达b、c点麦克风的距离为l1、l2；

l2＝l1+δt1v(4)

9)结合上述步骤4)、6)、7)推算出公式：

10)结合上述步骤5)、8)推算出公式：

由对数函数运算公式：可以计算出：

20lga0＝20lga2-αl1-δt1vα(8)

11)结合公式(7)可得：

12)结合步骤9)推算出b点到a点的距离l1为：

13)结合步骤7)、9)推算出：

14)根据余弦定律公式推算∠β：

15)根据l2及∠β的推算方法推算出l3及∠r；

由以上推算结果确定出声源a点的位置：a点与b、c、d点的距离分别为l1、l2、l3，a、c两点b、c两点所呈角为∠β，a、c两点d、c两点所呈角为∠r。

进一步的，在一可选实施例中，如图1所示，定位装置还包括线路集合器500，其输入端与声波接收装置100和声控计时装置200分别电连接，输出端电连接于运算装置400。在本实施例中，线路集合器500具体为信号线路整合器，其包括1个分线盒，分线盒输入端与声控计时装置200和声压检测装置300连接，输出端与运算装置400连接，分线盒作用是声控计时装置200和声压检测装置300产生的电信号线路进行整合，最终以1条集计时和声压为一体的电信号线输出给运算装置400。

具体的，计时器时间数据t1、t2、t3和声压计的声压数据a1、a2、a3经过线路到达线路集合器500，线路集合器500内的分线盒将3条声压数据转换的电信号、1条计时器数据转换的电信号的传输线，合并成1条时间声压电信号线进行输出，向其输出端连接的计算机传输。

计算机在获取时间数据t1、t2、t3及声压数据a1、a2、a3，按照上述的计算公式进行运算，即可获得声源位置。

请参阅图3，图3是根据本实用新型第二实施方式声源定位方法流程图。

根据本实用新型的另一实施方式，提供了一种声源位定位方法，包括：

s100：声波接收装置获取并转换声波信号为电信号，发送电信号至运算装置。

s200：声控计时装置记录声波信号到达声波接收装置的时间数据，并发送时间数据至运算装置。

s300：声压检测装置检测声波信号在声波接收装置产生的声压数据并发送至运算装置。

s400：运算装置分别接收电信号、时间数据和声压数据，计算声源的位置。

以下假设声波到达3个麦克风的顺序是b、c、d说明控制开关具体的控制过程：请参阅图4-图7，图4是根据本实用新型第二实施方式控制开关非工作状态下的工作流程图；图5是根据本实用新型第二实施方式控制开关第一工作状态流程图；图6是根据本实用新型第二实施方式控制开关第二工作状态流程图；图7是根据本实用新型第二实施方式控制开关第三工作状态流程图。

如图4所示，声控计时装置由3个麦克风分别对应的第一、第二、第三常开开关开启控制程序；其内的三个计时单元由3个麦克风分别对应三个常闭电磁开关控制其通断电；两个常开电磁开关z将3个计时单元通电连接，使3个计时单元形成并联。

如图5所示，当声波信号到达麦克风b时，声波信号转换成电信号，控制第一常开开关601闭合，2个常开电磁开关z闭合通电，第一常闭电磁开关604结束短路状态并通电，第一常闭电磁开关604断开，第一计时单元201因断路停止计时，显示时间t1，通常默认为0:00，第二计时单元202和第三计时单元203因形成并联电路并被供电开始计时；与此同时，固定在麦克风b上的声压计301测得声波信号到达麦克风b的声压数据a1，并将该声压数据信号传输到计算机。

如图6所示，当声波信号到达麦克风c时，声波信号转换成电信号，第二常开开关602闭合，第二常闭电磁开关605结束短路状态并通电，第二常闭电磁开关605断开，第二计时单元202因断路停止计时，显示计时时间t2，并将计时时间t2传输到计算机；第三计时单元203继续计时；与此同时，固定在麦克风c上的声压计302测得声波信号到达麦克风c的声压数据a2，并将声压数据信号a2传输到计算机。

如图7所示,当声波到达麦克风d时，声波信号转换成电信号，第三常开开关603闭合，第三常闭电磁开关606结束短路状态并通电，第三常闭电磁开关606断开，第三计时单元203因断路停止计时，显示计时时间t3,并将计时时间t3传输到计算机；与此同时，固定在麦克风d上的声压计303测得声波到达麦克风d的声压数据a3，并用数据线将声压数据信号传输到计算机。

计算机将声压数据和时间数据代入上述计算方法，计算出声源的位置及声源初始声压。

综上所述，本实用新型旨在保护一种声源定位装置及方法，该声源定位装置设置了声波接收装置、声控计时装置、声压检测装置以及运算装置。本发的定位装置占空间小，集成度高，方便移动，既可以在室内使用也可以在露天场地使用，同时才测量距离上来讲，既可以测近距离的声源又可以测远距离的声源，使用灵活性高，具有较广的市场前景。本实用新型的定位方法，通过定位装置其特有的结构，使测得的数据更精确，再根据运算装置预设公式计算，计算出外部声源的位置，提高了定位的准确度。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。