麦克风阵列_声学照相机

2万 · 2019-9-7 16:57

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由于驻极体麦克风模块输出信号幅值非常微弱，只有毫伏变化，本课题所采用
的数模转换芯片AD7606的电压检测范围为ASV，因此需要对麦克风的信号进行放
大处理后再传输到数模转换芯片中。在放大电路的设计中，可以通过OPA23 76对
信号进行放大并滤波，从而将进行数模转换。OPA作为低噪音运算放大器，常被
用于音频放大器和模拟量采集电路，它的增益带宽是S.SMHz，允许工作电压为
2}5V。其主要参数如表3-3所示。

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基于STM32微处理器声源定位系统的供电设计如图3-7所示。其供电可分为
传输板和采集板两部分。其中在传输板上输入SV电压，并通过SPX1117M3-3.3的
作用下将SV电压转为3.3 V，从而满足STM32F407以及LAN8720a的输入电压要
求。由于前置放大器OPA2376采用了双端供电，针对其供电要求选用了ICL7660
型极性反转式DC/DC电源变换器，通过利用控制电容充放电进行一SV的电压输出，
其原理图如3-8所示。

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ANALOG DEVICES公司生产的AD7606芯片是8通道16位，采样率高达
200ksps、采用逐次逼近型的模数转换器，可以对ASV以及士lOV的双极性输入信号
进行信号采集。其中芯片各个器件都内置二阶抗混叠滤波器，因此在各种采样频率
下都具有非常高的模拟量输入阻抗(约为1 MS2 )，因此电路无需外接运放以及双
极性电源:并且芯片内部还集成了跟踪保持放大器，当采集的模拟量信号过小时，
芯片内部可以起到二次放大的功能，保证了采样的精度;芯片内部还嵌入了过载保
护电路，最高可承受士16.5V的电压输入，保证了芯片的耐受性与安全性。

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对于8路ADC高采样率的传输，单纯的串口通信己经无法满足传输速率的要
求，以太网的高速传输速率成为了大容量数据传输的首要选择。LAN 8720a是一款
低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，该芯片支持RMII接口，从而使引脚大幅
度减少，降低连接难度，可与以太网MAC层进行通信，并可以使用25M晶振从
而降低成本。芯片的基准工作电压为1.6V}3.6V，由于STM32F407ZET6的芯片工
作电压为3.3V，为方便布线，选用3.3V电源给该芯片供电。以太网传输系统的原
理图如图3-11所示

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C1)单声源定位分析
声源相对于麦克风中心的角度为00、300、600，其中使用音箱模拟声源输
入，播放频率为2000Hz的单频信号。AD7606的采样率设置为SOKHz，整个系统
通通过电脑上的SV电压提供，传输板通过网线与笔记本连接，将信号传输至上位
机中，由于获得的信号为
经过MATLAB的计算后，其定位谱峰如图3-15所示。

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为模拟轴承的移动定位，因此需要建立移动声源。由于实际条件不允许在列车
l
上进行实验，因此本课题利用近似模拟的方法进行移动声源的实验设计。首先为模
拟轴承音频信号，本课题通过利用单声源音频信号采集的方法，在电机转速为
1690r / min，轴承横向载荷为3t的情况下，利用麦克风采集列车轴承在单一零件
故障下的振动信号，并通过matlab将信号转换成音频，最后用音箱进行播放。其
中轴承的音频信号采样频率为20kHz，充分满足了轴承的多频率分量的相位分析。
同时，在转换过程中音频的播放频率也为20kHz，从而保证在音频播放过程中不会
丢失有用信号。轴承的外圈故障，内圈故障以及正常轴承的运行频谱如图3-17所
不。

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麦克风阵列_声学照相机

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