一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及使用太赫兹波对声音进行感知与检测的方法及系统。包括：太赫兹发射源，隔声箱体，增益天线和太赫兹探测器。隔声箱体表面使用阻尼材料覆盖以达到隔绝声音的目的。太赫兹波由发射源发出，经过增益天线后收束直接或者透过隔声箱体照射到发声物体表面。太赫兹探测器测量反射回来的太赫兹波强度并通过时频分析原理对声音进行恢复。本发明专利技术不需要昂贵的麦克风阵列探测以及对工艺要求较高的光学光纤探测方法，通过对处于有或无隔声环境下的未知声音物体发射太赫兹波，并采集回波数据解析以及对相位信息的时频分析，获取被测声源的振动状态和发声频率。实现有或无隔声环境下更快、更精确的太赫兹波声音感知与探测。更精确的太赫兹波声音感知与探测。更精确的太赫兹波声音感知与探测。

【技术实现步骤摘要】
一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法及系统


[0001]本专利技术涉及到使用太赫兹波对声音进行探测与感知的领域，具体地说是一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法及系统。

技术介绍

[0002]近几十年，随着科研人员在光子学和电子学领域的深入研究，超快激光技术、非线性光学技术和微电子技术的研究进展使得太赫兹波的辐射和探测技术也得到了飞速发展。太赫兹波是一种频率范围在0.1THz到10THz之间，介于微波和红外波之间的高频电磁波。它的波长在0.03mm到3mm范围内。与传统的麦克风感知相比，太赫兹波具有更高的空间分辨率，它能够测出物体在振动过程中各个位置的详细振动情况包括中心振动频率，二次谐波以及频率失真情况。另外，与光学感知相比，太赫兹波的波长更长。这种特性使得太赫兹波能够穿过表面材料探知物体内部的细微机械振动这些优势使得太赫兹波在声音探测和感知领域有着广阔的应用前景。这些优势使得太赫兹波在声音探测和感知领域有着广阔的应用前景。
[0003]现有的声音探测技术大都采用点式传感的方式。主要是通过麦克风或者光纤进行声音的探测和感知。麦克风感知方法灵敏度较低并且需要阵列形式才能达到较好的探测效果。光纤感知方法则对光纤的加工工艺较高并且该种方法适用于探测水中的超声波。上述声音探测方法都不同程度的存在弱点。
[0004]尤其是，当被测声源处于隔声环境下，未知声音信号无法向隔声环境以外传播。此种情况下，传统的声学传感器无法采集被测声源的未知声音信号，无法分析未知声音，无法进行探测和识别。

技术实现思路

[0005]针对上述技术不足，本专利技术的目的提供一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法及系统。太赫兹波在被测物体表面反射后，回波中的相位信息可以精确地表示出物体与波源之间细微的距离变化。再通过快速傅里叶变换对相位信息进行分析可以得出距离变化的快慢，这种振动速度快慢的变化就是物体发声时产生的细微振动。同时，本专利技术还设置了声学感知受限的条件。隔声箱体的加入使得传统的声学传感无法得到声音的频率，而通过太赫兹波的强穿透性可以穿透隔声箱进入到内部探知物体发声的状况。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法，通过向有或无隔声环境下的被测声源发射太赫兹波，使得太赫兹波与被测声音信号产生干涉现象，并对采集的太赫兹回波信号进行探测，识别感知未知声音频率，包括以下步骤：
[0008]S1、设定矢量网络分析仪中的参数，使其采样频率不低于被测声源中最大声音频率的两倍；
[0009]S2、打开被测声源，控制矢量网络分析仪发射太赫兹波至被测声源，采集太赫兹回
波信号，并以散射S参数的形式存储；
[0010]S3、解析太赫兹回波信号、获取相位信息，通过快速傅里叶变换解析被测声音信号的频率。
[0011]所述设定矢量网络分析仪的采样频率设定，包括：
[0012]a.在矢量网络分析仪中设置参数，包括采样点数n，中频带宽m；
[0013]b.计算采样频率：
[0014][0015]其中，扫描时间t为矢量网络分析仪根据采样点数n、中频带宽m计算获得；
[0016]c.若计算出的采样频率f
s
满足香农采样定理，则停止设置参数，否则返回步骤a重新设置参数。
[0017]所述香农采样定理公式如下：
[0018][0019]其中，f
s,min
是f
s
的最低频率，B是待测声音信号的带宽，M则是结果的小数部分，N则是整数部分，f
max
是待测声音信号中的最大频率。
[0020]所述以散射S参数的形式存储的太赫兹波回波信号复数的形式表达如下：
[0021][0022]其中，R表示网络中的阻抗，L为电感，C为电容，ω为角频率。
[0023]所述通过快速傅里叶变换解析被测声音信号的频率，包括：
[0024]通过对S参数进行处理以及快速傅里叶变换得出太赫兹波的相位变化频率，即为太赫兹系统与被测目标物体间的周期性距离变化，从而确定被测物体的发声频率。
[0025]所述该方法适用于有或无隔声环境下的未知声音的频率感知，所述隔声箱体(3)采用纸箱或亚克力材质箱体，箱体内壁或外壁贴阻尼材料。
[0026]所述矢量网络分析仪发射的频率为太赫兹波段。
[0027]一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的系统，包括：太赫兹收发一体设备、增益天线、隔声箱体、被测声源、控制计算机；所述太赫兹收发一体设备的波导输出端口连接增益天线；控制计算机分别连接被测声源、太赫兹收发一体设备；控制计算机中存储有程序，当加载程序时执行如上所述的方法步骤，实现通过控制计算机控制发射太赫兹波，经过增益天线后收束直接或者透过隔声箱体照射在被测声源上产生干涉现象，采集太赫兹回波信号进行探测，并识别感知未知声音频率。
[0028]所述太赫兹收发一体设备包括：依次连接的矢量网络分析仪、扩频模块、频率扩展器；所述频率扩展器的波导输出端口连接增益天线；所述矢量网络分析仪连接控制计算机。
[0029]所述扩频模块以及频率扩展器用于对矢量网络分析仪输出的太赫兹波进行频率在75
‑
110GHz范围的提升。
[0030]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0031]1.本专利技术提供一种新的探测声音的方法，利用太赫兹波的较高的空间分辨率，可实现对发声物体的精细测量，恢复其频率。
[0032]2.本专利技术采用相位恢复的方法，可精确测出被测物体与探测装置间的细微距离变化，进而确定变化的频率。
[0033]3.本专利技术设置了声学感知受限的条件。隔声箱体的加入使得传统的声学传感无法得到声音的频率，而通过太赫兹波的强穿透性可以穿透隔声箱进入到内部探知物体发声的状况。
[0034]4.本专利技术利用太赫兹波的良好的穿透性可以精确地识别感知有或无隔声环境下被测声源物体发出的未知声音频率。
附图说明
[0035]图1为使用太赫兹波对声音进行感知的系统结构示意图；
[0036]图2为本专利技术的流程图。
[0037]图3为本专利技术在正常情况下对连续音乐的探测结果；
[0038]图4为本专利技术在隔声条件下对连续音乐的探测结果；
[0039]其中，1为太赫兹收发一体设备，是太赫兹发射源也是太赫兹探测器，2为增益天线，3为隔声箱体，4为被测声源物体，5电子计算机。
具体实施方式
[0040]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但本专利技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。
[0041]除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本专利技术的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法，其特征在于，通过向有或无隔声环境下的被测声源(4)发射太赫兹波，使得太赫兹波与被测声音信号产生干涉现象，并对采集的太赫兹回波信号进行探测，识别感知未知声音频率，包括以下步骤：S1、设定矢量网络分析仪中的参数，使其采样频率不低于被测声源中最大声音频率的两倍；S2、打开被测声源，控制矢量网络分析仪发射太赫兹波至被测声源，采集太赫兹回波信号，并以散射S参数的形式存储；S3、解析太赫兹回波信号、获取相位信息，通过快速傅里叶变换解析被测声音信号的频率。2.根据权利要求1所述的一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法，其特征在于，所述设定矢量网络分析仪的采样频率设定，包括：a.在矢量网络分析仪中设置参数，包括采样点数n，中频带宽m；b.计算采样频率：其中，扫描时间t为矢量网络分析仪根据采样点数n、中频带宽m计算获得；c.若计算出的采样频率f
s
满足香农采样定理，则停止设置参数，否则返回步骤a重新设置参数。3.根据权利要求2所述的一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法，其特征在于，所述香农采样定理公式如下：其中，f
s,min
是f
s
的最低频率，B是待测声音信号的带宽，M则是结果的小数部分，N则是整数部分，f
max
是待测声音信号中的最大频率。4.根据权利要求1所述的一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法，其特征在于，所述以散射S参数的形式存储的太赫兹波回波信号复数的形式表达如下：其中，R表示网络中的阻抗，L为电感，C为电容，ω为角频率。5.根据权利要求1所述的一种使用太赫兹波进行声音探测与感知的方法，其特征在于，所述通过快速傅里叶变换解析被测声音信号的频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁峰，徐涤非，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：