[实用新型]基于FPGA的麦克风阵列非侵入式宽频声波实时成像检测系统

说明书

本实用新型提供了一种基于FPGA的麦克风阵列非侵入式宽频声波实时成像检测系统，包括：由124个麦克风组成二维面阵的麦克风阵列模块、FPGA数据处理模块、MCU控制模块、4G网络模块、摄像头模块、液晶显示模块、电源模块，其中，所述麦克风阵列模块电连接至所述FPGA数据处理模块，所述FPGA数据处理模块、所述4G网络模块、所述摄像头模块以及所述液晶显示模块分别电连接至所述MCU控制模块。通过本实用新型的技术方案，整个系统集成化程度高，能够实时无损检测、声波信号频段覆盖广、抗干扰及数据处理能力强、定位精度高。

技术领域

本实用新型涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种基于FPGA的麦克风阵列非侵入式宽频声波实时成像检测系统。

背景技术

在工业化生产过程中，各类电气设备、管道气体泄漏和生产设备产生的异常声波的各种故障中对设备设施安全生产、可靠经济运行有着重大影响，故障检测在各种生产设备中的作用也更加举足轻重。就电气设备而言，从历年的故障统计来讲，局部放电是电气设备绝缘劣化的主要原因。目前电气设备局部放电定位的主要方法有电气定位法、光定位法、X射线激励定位法、红外检测法、无线电干扰电压法、化学检测法、超高频定位法、超声波定位法等。以上种种方法只有超声波定位法原理简单、直接对局部放电位置定位、抗电磁干扰能力强、检测设备成本低、能直接实现空间定位、易于实现在线和离线检测等优点，但传统的超声波定位系统集成度低，多采用单个麦克风传感器，单个麦克风传感器的灵敏度较低以及基于“时延估计”的定位算法性能不高，且其仅能用于特定频段的声波检测，不能做到宽频检测。通过麦克风阵列采集的局部放电的阵列信号与一般的信号处理方式不同，它主要利用信号的空域特性来增强信号及有效提取信号的空域信息，且在进行信号处理时通常采用DSP，但阵列信号的处理数据量大以及设备定位实时性的特点，利用DSP进行处理难以满足以上需求，对此目前还没有有效解决方案。

实用新型内容

本实用新型正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的基于FPGA的麦克风阵列非侵入式宽频声波实时成像检测系统，整个系统集成化程度高，能够实时无损检测、声波信号频段覆盖广、抗干扰及数据处理能力强、定位精度高。

有鉴于此，根据本实用新型提出了一种基于FPGA的麦克风阵列非侵入式宽频声波实时成像检测系统，包括：由124个麦克风组成二维面阵的麦克风阵列模块、FPGA数据处理模块、MCU控制模块、4G网络模块、摄像头模块、液晶显示模块、电源模块，其中，所述麦克风阵列模块电连接至所述FPGA数据处理模块，所述FPGA数据处理模块、所述4G网络模块、所述摄像头模块以及所述液晶显示模块分别电连接至所述MCU控制模块。

在上述技术方案中，优选地，所述摄像头模块设置在所述二维面阵的中心。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述麦克风阵列模块用于采集待故障定位设备产生的信号，并将采集到的信号发送至所述FPGA数据处理模块，基于所述FPGA数据处理模块利用DOA算法对所述信号进行处理，以得到所述信号的位置角度信息，并将所述信号的位置角度信息发送至所述MCU控制模块，所述摄像头模块用于采集待故障定位设备的视频信息，并将采集到的视频信息发送至所述MCU控制模块，所述MCU控制模块对所述信号的位置角度信息和所述视频信息进行叠加处理以得到所述待故障定位设备的位置，并基于所述液晶显示模块进行展示，其中，所述信号为麦克风阵列模块接收的声波信号而形成的多通道宽频段阵列信号。

在上述任一项技术方案中，优选地，所述MCU控制模块通过所述4G网络模块与远程后台进行无线通信。

通过以上技术方案，基于124个麦克风阵列采集待故障定位设备发生故障时产生的声波信号或其他适用场合的多通道宽频段阵列信号，利用DOA算法和FPGA快速处理阵列信号得到信号的位置角度信息（包括射方位角和俯仰角），把位置角度信息和摄像头实时视频进行叠加通过可触控的液晶显示屏可以更加直观地发现待故障定位设备出现故障位置，具有良好的交互性，另外利用4G网络模块可以使系统在具有检测能力的基础上，对采集的数据进行上传和远程后台通信，便于远程后台基于上传的数据进行追溯。