专利名称：一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及声学定位领域，尤其是涉及一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置。
背景技术：
美国学者R.N.Miles、Robert等人于90年代研究了奥米亚掠妮(Ormia ochracea)的听觉定向机制，发现该寄生蝇的声定位能力得益于其具有耦合结构的听觉器官，并于近几年研制了一个二级的硅微晶麦克风振膜，该振膜通过硅微加工制造技术成型，利用激光衍射技术得到振动信号，从而实现了接近理想的压差式传声器的指向特性。在国外，文献查新发现，美国专利号US6963653B1，
公开日为2005.11.8，专利名称为多级指向性麦克风振膜。该专利自述为“该发明具有微型化的特征，是一个二级的硅微晶麦克风振膜，该振膜通过硅微加工制造技术成型。”该专利描述了一种压差型传声器及其指向特性，但其提出的定位方法只具备二维声定位功能。在国内，文献查新发现，中国专利号CN101226235A，
公开日为2008.7.23，专利名称为基于机械稱合振膜的声源三维定位方法。该专利基于对微型生物声传感定位系统的构造特点、定位原理及其非线性动力学机制等的深入探索，提出了一种准确描述寄生蝇听觉感应系统的力学模型，掌握了寄生蝇听觉感应系统的生物力学参数及其对系统动态特性的影响，从机械耦合振膜结构中获得了系统的振动特征量，并建立了特征量同声源方向信息之间的关系，通过一定算法精确解算出声波入射角度，从而得到了一种声源三维定位方法，解决了三维空间中耦合结构声源定位的理论问题。但是，上述方法的实验室模型加工难度大，加工和装配精度要求较高，另外，还受到材料性能、形状、加工工艺等因素的制约，所以声源识别精度难以满足要求。

发明内容
本发明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基于电模拟耦合结构的声源定位装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:—种基于电模拟稱合结构的声源定位装置，其特征在于，包括依次连接的输入模块、耦合处理模块、输出模块及后处理模块，所述输入模块接收声信号并转换为电流信号，所述耦合处理模块将输入模块的电流信号的相位放大，并将放大的电压信号传递给输出模块，所述输出模块将电压转换为数字信号传入后处理模块，所述后处理模块计算声源的方位信息。所述输入模块包括预处理模块和三个压电传感器，所述压电传感器受声源信号激励产生电压信号并将其传输给预处理模块，所述预处理模块将电压信号转换为电流信号。所述预处理模块设有将微弱电压信号放大的电压放大器。所述耦合处理模块包括三条并联的输入输出支路和一条耦合回路，输入模块分别与三条输入输出支路的输入端连接，所述的三条输入输出支路的输出端分别与输出模块连接，所述的三条输入输出支路还分别与耦合回路连接。每条输入输出支路均有一组并联的电阻和电容，所述的耦合回路由三个依次串联的电感构成，所述的电阻与输入模块串联连接，所述的电容与输出模块并联连接，所述的电容一端接地，另一端接在两相邻电感之间。所述的电阻与输入模块之间设有电流表，所述的电容与电感之间设有电压表。所述输出模块包括依次连接的A/D转换器、调理器、采集器，所述A/D转换器将电压信号转换为数字信号，该数字信号经过调理器调理后通过采集器对信号进行采样、示波显示以及保存。所述后处理模块根据获得的三个放大后相位差，采用耦合处理方法解算出声源的方位信息。所述声源方位信息是指声源入射方向与压电传感器之间的几何关系，即在由压电传感器确定的球坐标系中的经度Θ和纬度α。所述耦合处理方法指采用声-电类比的方式模拟机械耦合的处理过程。机械耦合和电路耦合类比关系如下表所示:
权利要求
1.一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，包括依次连接的输入模块、耦合处理模块、输出模块及后处理模块，所述输入模块接收声信号并转换为电流信号，所述耦合处理模块将输入模块的电流信号的相位放大，并将放大的电压信号传递给输出模块，所述输出模块将电压转换为数字信号传入后处理模块，所述后处理模块计算声源的方位信肩、O
2.根据权利要求1所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述输入模块包括预处理模块和三个压电传感器，所述压电传感器受声源信号激励产生电压信号并将其传输给预处理模块，所述预处理模块将电压信号转换为电流信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述预处理模块设有将微弱电压信号放大的电压放大器。
4.根据权利要求2所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述耦合处理模块包括三条并联的输入输出支路和一条耦合回路，输入模块分别与三条输入输出支路的输入端连接，所述的三条输入输出支路的输出端分别与输出模块连接，所述的三条输入输出支路还分别与耦合回路连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，每条输入输出支路均有一组并联的电阻和电容，所述的耦合回路由三个依次串联的电感构成，所述的电阻与输入模块串联连接，所述的电容与输出模块并联连接，所述的电容一端接地，另一端接在两相邻电感之间。
6.根据权利要求5所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述的电阻与输入模块之间设有电流表，所述的电容与电感之间设有电压表。
7.根据权利要求1所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述输出模块包括依次连接的A/D转换器、调理器、采集器，所述A/D转换器将电压信号转换为数字信号，该数字信号 经过调理器调理后通过采集器对信号进行采样、示波显示以及保存。
8.根据权利要求5所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述后处理模块根据获得的三个放大后相位差，采用耦合处理方法解算出声源的方位信息。
9.根据权利要求8所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述声源方位信息是指声源入射方向与压电传感器之间的几何关系，即在由压电传感器确定的球坐标系中的经度Θ和纬度a。
10.根据权利要求9所述的一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，其特征在于，所述耦合处理方法指采用声-电类比的方式模拟机械耦合的处理过程，在机械耦合方法中，系统输入声压与各个振膜位移之间的传递函数MjtlP、^x1P HX}P为:
全文摘要
本发明涉及一种基于电模拟耦合结构的声源定位装置，包括依次连接的输入模块、耦合处理模块、输出模块及后处理模块，所述输入模块接收声信号并转换为电流信号，所述耦合处理模块将输入模块的电流信号的相位放大，并将放大的电压信号传递给输出模块，所述输出模块将电压转换为数字信号传入后处理模块，所述后处理模块计算声源的方位信息。与现有技术相比，本发明具有结构紧凑、精确度高、信号即时性好，适用范围大等优点。
文档编号G01S5/20GK103197283SQ201310143159
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者饶柱石, 塔娜, 杨铭, 朱鑫磊 申请人:上海交通大学