[发明专利]一种结合主动超声与被动声学探测流体空化的装置及方法

权利要求书

1.一种结合主动超声与被动声学探测流体空化的装置，该装置包括：超声信号源、超声驱动器和超声换能器；

所述的超声信号源产生的高频电信号通过所述的超声驱动器驱动所述的超声换能器按照既定频率发射超声波；

所述的一对或多对超声换能器对应放置在空化区域的两侧，或所述的一个或多个收发合一的超声换能器放置在具有反射面的空化区域的另一侧，使超声波传播路线经过空化区域后，把流场信息调制到超声波上成为已调超声信号，被所述的超声换能器接收；其特征在于，

该装置还包括：超声解调器、信号调理采集器、信号处理器和水听器；

所述的水听器放置在以空化区域为球心、半径为8m的区域内，用于接收声信号，包括：空化发生时空泡溃灭发出的高频声信号；

所述的超声解调器，用于对已调超声信号进行解调，得到具有流场信息的解调信号；

所述的信号调理采集器，用于对水听器接收的声信号和已调超声信号/解调信号放大、抗混叠滤波以及模数转换；

所述的信号处理器，用于对经超声解调器和信号调理采集器处理后的信号进行模式分类；最后，利用信息融合算法得到最终的状态并判断是否发生空化。

2.根据权利要求1所述的结合主动超声与被动声学探测流体空化的装置，其特征在于，所述的信号处理器根据已知空化状态的解调信号特征训练得到的分类模型M1和提取到的解调信号特征，对实时的解调信号进行模式分类得到分类结果。

3.根据权利要求1所述的结合主动超声与被动声学探测流体空化的装置，其特征在于，所述的信号处理器对水听器接收的声信号提取到用于空化检测的信号特征，训练得到的分类模型M2，根据分类模型M2和提取到的声信号特征，对实时的声信号进行模式分类得到分类结果。

4.一种结合主动超声与被动声学探测流体空化的方法，该方法步骤包括：

步骤1)：所述的一对或多对超声换能器对应放置在空化区域的两侧，或所述的一个或多个超声换能器放置在具有反射面的空化区域的一侧，所述的超声信号源产生的高频电信号通过所述的超声驱动器驱动所述的超声换能器按照既定频率发射超声波，以使超声波传播路线经过空化区域后，把流场信息调制到超声波上成为已调超声信号，并被所述的超声换能器接收；把所述的水听器放置在以空化区域为球心、半径为8m的区域内，用于接收声信号；

步骤2)：所述的超声解调器对已调超声信号的解调得到反映流场信息的超声解调信号；/所述的信号调理采集器对已调超声信号和水听器接收的声信号进行放大、抗混叠滤波以及模数转换；

对应地，步骤3)：所述的信号调理采集器对超声解调信号和水听器接收的声信号进行放大、抗混叠滤波以及模数转换；/所述的超声解调器对信号调理采集器处理后的信号进行解调得到反映流场信息的信号；

步骤4)：所述的信号处理器根据已知空化状态的解调信号特征训练得到的分类模型M1和提取到的解调信号特征，对实时的解调信号进行模式分类得到分类结果；所述的信号处理器对水听器接收的声信号提取用于空化检测的信号特征，并训练得到分类模型M2，根据分类模型M2和提取到的声信号特征，对实时的水听器接收的声信号进行模式分类；最后，利用信息融合算法对两个分类结果进行融合得到最终的空化状态判断；

步骤5)：最后，将诊断结果通过所述的通讯接口与上位机通信，发送空化报警信息。

5.根据权利要求4所述的结合主动超声与被动声学探测流体空化的方法，其特征在于，所述的步骤4)中判断空化现象的算法步骤包括：

步骤4.1)：读取从所述的信号调理采集器中输出的数字信号；

步骤4.2)：检测采集得到的信号幅度，根据信号强度调整程控增益的设置，使得信号保持在50％～90％范围内；

步骤4.3)：针对特征选择确定的特征类型，计算特征值生成特征向量；

步骤4.4)：根据已知空化状态的解调信号特征训练得到的分类模型M1和提取到的超声解调信号特征对实时的解调信号进行模式分类，对水听器接收的声信号提取用于空化检测的信号特征并训练得到分类模型M2，根据分类模型M2和提取到的声信号的特征对实时的水听器接收的声信号进行模式分类；

步骤4.5)：利用信息融合算法对上述两个分类结果进行融合，得到最终的空化状态判断结果。

6.根据权利要求4或5所述的结合主动超声与被动声学探测流体空化的方法，其特征在于，所述的分类模型需要已知空化状态的数据库进行训练得到。