一种微声探测分析装置及基于该装置的阵列音频信号处理方法制造方法及图纸

一种微声探测分析装置及基于该装置的阵列音频信号处理方法，属于微声探测领域，解决了现有的电容式微声探测器的声强探测下限较高和基于现有的音频信号处理方法，无法同时对微声探测器探测到的声源进行识别和定位的问题。所述装置采用基于石墨烯薄膜的微声感受单元来感受声压。所述方法包括分离音频信号中的噪声信号、并对该音频信号中的音频特征信息和声源位置信息提取、将包含音频特征信息和声源位置信息的音频信号与信号存储单元中预存的多个目标声源进行比对，并判断是否有与之匹配的目标声源和根据所述声源位置信息定位该声源的步骤。本发明专利技术适用于微声探测及对探测到的声源进行识别和定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微声探测领域，具体涉及一种微声探测分析装置及基于该装置的阵列音频信号处理方法。
技术介绍
微声探测器在国防领域和民用领域都有着广泛的应用。近年来，微声探测器的应用领域对微声探测器的声强探测下限的要求也越来越高。而现有的电容式微声探测器的声强探测下限较高，已经无法满足其应用领域对声强探测下限的要求。另外，根据现有的音频信号处理方法，微声探测器无法同时对所探测到的声源进行识别和定位。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的电容式微声探测器的声强探测下限较高的问题，提出了一种微声探测分析装置；为解决根据现有的音频信号处理方法，微声探测器无法同时对所探测到的声源进行识别和定位的问题，提出了一种阵列音频信号处理方法。本专利技术所述的一种微声探测分析装置包括微声传感阵列1、信号处理单元2、信号存储单元3和信号分析单元4；所述微声传感阵列1包括多个微声传感器；所述微声传感器用于将声音信号转化为电信号，并将该电信号发送至信号处理单元2；所述微声传感器包括微声感受单元，所述微声感受单元包括石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜用于感受声压；所述信号处理单元2用于处理微声传感器发来的电信号，并将包含音频特征信息和声源位置信息的电信号发送至信号分析单元4；所述信号存储单元3预存有多个目标声源的音频特征信息；所述信号分析单元4用于将信号处理单元2发来的电信号与所述多个目标声源进行比对，当发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示发现该目标声源，当未发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示未发现目标声源；所述信号分析单元4还用于根据信号处理单元2发来的电信号所包含的声源位置信息，定位该声源。优选的是，所述微声传感器还包括激光器5和感光元件6；所述微声感受单元还包括基板7，所述基板上设置有通孔，所述石墨烯薄膜8固定设置在基板7上，并覆盖所述通孔的一端；由激光器5发射的激光经所述通孔的另一端入射至石墨烯薄膜8，并经石墨烯薄膜8的折射，入射至所述感光元件6的感光面；所述感光元件6与信号处理单元2相连。优选的是，所述微声传感器还包括第一永磁体9和第二永磁体10；所述微声感受单元还包括基板7，所述基板上设置有通孔11，所述石墨烯薄膜8固定设置在基板7上，并覆盖所述通孔11的一端；所述第一永磁体9和第二永磁体10均设置在基板7上，第一永磁体9和第二永磁体10之间形成耦合磁场；当所述石墨烯薄膜8受到声压而振动时，能够切割所述磁场，并产生电信号；所述信号处理单元2接收该电信号。优选的是，所述微声传感器还包括导电隔板12、电池13和电阻14；所述微声感受单元还包括基板7，所述基板7上设置有通孔，所述石墨烯薄膜8和导电隔板12均固定设置在基板7上，分别覆盖所述通孔的两端，并构成平行板电容；所述平行板电容、电池13、电阻14和信号处理单元2串联，并构成电气回路。优选的是，所述石墨烯薄膜8与所述通孔的一端的端面之间存在空隙。可选的是，所述微声感受单元呈直线分布、平面分布、弧线分布或弧面分布。可选的是，将所述石墨烯薄膜8替换为氧化石墨烯薄膜。本专利技术所述的阵列音频信号处理方法基于所述微声探测分析装置实现，在实施所述信号处理方法之前需实施：步骤一、根据声源的位置选择微声传感阵列1中微声感受单元的分布模式，并保证微声传感阵列的音频信号传输通道的一致性；所述音频信号为微声传感器发给信号处理单元2的电信号；所述分布模式包括直线分布、平面分布、弧线分布和弧面分布；步骤二、选择微声传感阵列1的工作模式，对干扰方向进行估计，并抑制干扰；所述工作模式包括监视模式和跟踪模式；所述监视模式又包括指定方向监视模式和全方向监视模式；所述信号处理方法包括：步骤三、筛选出噪声信号可分离的音频信号，并分离该音频信号中的噪声信号；步骤四、对分离了噪声信号的音频信号进行音频特征信息的提取；步骤五、对分离了噪声信号的音频信号进行声源位置信息的提取；步骤六、将包含音频特征信息和声源位置信息的音频信号与信号存储单元3中预存的多个目标声源进行比对，当发现与该音频信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示发现该目标声源，当未发现与该音频信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示未发现目标声源；步骤七、根据步骤六中的音频信号所包含的声源位置信息定位该声源。本专利技术所述的一种微声探测分析装置，采用基于石墨烯薄膜的微声感受单元来感受声压。石墨烯薄膜拥有极小的厚度，最薄能够达到原子量级，在同等面积下，石墨烯薄膜的质量远远小于其他材质的声压膜。石墨烯薄膜中所有的共价键都是沿薄膜面内分布的，因此石墨烯薄膜拥有极小的面外弯曲刚度。因声压造成的石墨烯薄膜的面外弯曲振动几乎没有阻尼，因此，石墨烯薄膜能够感受极小单位的声压，而声强与声压的平方成正比，由此，本专利技术所述的一种微声探测分析装置的声强探测下限低，能够解决现有的电容式微声探测器的声强探测下限较高的问题。本专利技术所述的阵列音频信号处理方法，在所述信号处理方法之前实施的步骤一使得微声感受单元的分布模式与声源的位置匹配，并保证了微声传感阵列输出的音频信号的同步。步骤二通过选择微声传感阵列的工作模式来最大限度地抑制干扰。所述信号处理方法通过步骤三、四和五能够得到分离了噪声信号，且包含音频特征信息和声源位置信息的音频信号。步骤六将该音频信号与信号存储单元的多个目标声源进行比对，如两者的音频特征信息，则比对成功。步骤七根据所述声源位置信息确定该声源的位置。实施本专利技术所述的阵列音频信号处理方法，既能够判断所探测的声源是否为信号存储单元中预存的目标声源，又能够对探测到的声源进行定位。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术所述的一种微声探测分析装置及基于该装置的阵列音频信号处理方法进行更详细的描述，其中：图1是实施例一所述的一种微声探测分析装置的电气结构示意图；图2是实施例二中微声传感器的工作原理图；图3是实施例三中微声传感器的透视图；图4是实施例四中微声传感器的结构示意图；图5是实施例五中微声感受单元的侧视图。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术所述的一种微声探测分析装置及基于该装置的阵列音频信号处理方法作进一步说明。实施例一：下面结合图1详细地说明本实施例，本实施例所述的一种微声探测分析装置包括微声传感阵列1、信号处理单元2、信号存储单元3和信号分析单元4；所述微声传感阵列1包括多个微声传感器；所述微声传感器用于将声音信号转化为电信号，并将该电信号发送至信号处理单元2；所述微声传感器包括微声感受单元，所述微声感受单元包括石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜用于感受声压；所述信号处理单元2用于处理微声传感器发来的电信号，并将包含音频特征信息和声源位置信息的电信号发送至信号分析单元4；所述信号存储单元3预存有多个目标声源的音频特征信息；所述信号分析单元4用于将信号处理单元2发来的电信号与所述多个目标声源进行比对，当发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示发现该目标声源，当未发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示未发现目标声源；所述信号分析单元4还用于根据信号处理单元2发来的电信号所包含的声源位置信息，定位该声源。实施例二：下面结合图2详细地说明本实施例，本实施例是对实施例一所述的一种微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微声探测分析装置，其特征在于，所述微声探测分析装置包括微声传感阵列(1)、信号处理单元(2)、信号存储单元(3)和信号分析单元(4)；所述微声传感阵列(1)包括多个微声传感器；所述微声传感器用于将声音信号转化为电信号，并将该电信号发送至信号处理单元(2)；所述微声传感器包括微声感受单元，所述微声感受单元包括石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜用于感受声压；所述信号处理单元(2)用于处理微声传感器发来的电信号，并将包含音频特征信息和声源位置信息的电信号发送至信号分析单元(4)；所述信号存储单元(3)预存有多个目标声源的音频特征信息；所述信号分析单元(4)用于将信号处理单元(2)发来的电信号与所述多个目标声源进行比对，当发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示发现该目标声源，当未发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示未发现目标声源；所述信号分析单元(4)还用于根据信号处理单元(2)发来的电信号所包含的声源位置信息，定位该声源。

【技术特征摘要】
1.一种微声探测分析装置，其特征在于，所述微声探测分析装置包括微声传感阵列(1)、信号处理单元(2)、信号存储单元(3)和信号分析单元(4)；所述微声传感阵列(1)包括多个微声传感器；所述微声传感器用于将声音信号转化为电信号，并将该电信号发送至信号处理单元(2)；所述微声传感器包括微声感受单元，所述微声感受单元包括石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜用于感受声压；所述信号处理单元(2)用于处理微声传感器发来的电信号，并将包含音频特征信息和声源位置信息的电信号发送至信号分析单元(4)；所述信号存储单元(3)预存有多个目标声源的音频特征信息；所述信号分析单元(4)用于将信号处理单元(2)发来的电信号与所述多个目标声源进行比对，当发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示发现该目标声源，当未发现与该电信号的音频特征信息相同的目标声源时，提示未发现目标声源；所述信号分析单元(4)还用于根据信号处理单元(2)发来的电信号所包含的声源位置信息，定位该声源。2.如权利要求1所述的一种微声探测分析装置，其特征在于，所述微声传感器还包括激光器(5)和感光元件(6)；所述微声感受单元还包括基板(7)，所述基板上设置有通孔，所述石墨烯薄膜(8)固定设置在基板(7)上，并覆盖所述通孔的一端；由激光器(5)发射的激光经所述通孔的另一端入射至石墨烯薄膜(8)，并经石墨烯薄膜(8)的折射，入射至所述感光元件(6)的感光面；所述感光元件(6)与信号处理单元(2)相连。3.如权利要求1所述的一种微声探测分析装置，其特征在于，所述微声传感器还包括第一永磁体(9)和第二永磁体(10)；所述微声感受单元还包括基板(7)，所述基板上设置有通孔(11)，所述石墨烯薄膜(8)固定设置在基板(7)上，并覆盖所述通孔(11)的一端；所述第一永磁体(9)和第二永磁体(10)均设置在基板(7)上，第一永磁体(9)和第二永磁体(10)之间形成耦合磁场；当所述石墨烯薄膜(8)受到声压而振动时，能够切割所述磁场，并产生电信号；所述信号处理单元(2)接收该电信号。4.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨霖，张健伟，侯成宇，曹国剑，
申请(专利权)人：杨霖，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23