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声学成像模组

麦克风阵列传感器板(正)

FPGA处理板(反)

声学成像模组是声学成像仪的核心组件,它由两块PCB板组成:一块是麦克风阵列传感器板,另一块则是搭载波束形成Beamforming实时声成像算法的FPGA处理板。其高科技提供的声成像PCB板级合作模式,允许合作伙伴基于声学成像模组的PCB板,进行灵活的产品形态设计和深度开发集成,从而打造具有自主品牌的声学成像产品。 得益于其模块化和一体化封装设计,模组的使用变得非常简便,即便是没有声学专业知识背景的开发者,也能够轻松开发出声成像产品。

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产品优势

相较于市场上其他声学成像仪产品方案,其高声学成像模组以其独特性脱颖而出,主要得益于采用了国产高性能FPGA芯片来实现核心声成像算法。 基于FPGA的模组方案具备以下优势:

总功耗极低,仅为2~2.5W。 相比之下,基于ARM等处理器架构的模组方案通常功耗在6-8W之间。 这种低功耗设计使得其高声学成像模组,能够作为红外测温仪、局放测试仪等专业仪器的附加组件,从而帮助用户开发出集多种功能于一体的设备。

集成度高,便于独立封装。模组仅由两块PCB板组成,通过B2B接插件紧密扣合,并通过一根FPC与主机连接。这种合理的结构设计允许声成像模组进行独立封装,有效避免了仪器其他部分电路对声成像传感器的干扰。

尺寸紧凑且可定制。其高声学成像模组在直径仅为52mm的圆形区域内,排列了多达136个高灵敏度MEMS麦克风。这种密集的麦克风阵列不仅提升了模组的高频性能,还优化了主旁瓣抑制比,从而增强了抗干扰能力。此外,其高声学成像模组还支持根据客户需求定制不同尺寸和麦克风数量,最多可达到300个以上。

硬件接口

其高声学成像模组的硬件接口为20pin的PFC,含4.5~14V的供电线和USB通信数据线。

软件接口

其高声学成像模组通过USB接口输出声学成像图像。对于仪器开发工程师来说,该模组相当于一个传感器,使用过程类似于操作一个红外温度传感器或可见光摄像头。 利用其高科技提供的SDK,通过USB配置成像参数,读取声学成像图像,并将其与可见光图像叠加,即可生成声学成像图像。SDK支持安卓、Linux、Windows和iOS平台,并主要包含以下表格中的API函数。

20pin PFC

声学成像机芯

其高声学成像机芯是声学成像模组的封装,由麦克风阵列传感器板、FPGA处理板、摄像头以及外壳组成。外壳设计了安装孔位,并通过USB接口实现与外部设备的连接。 用户无需从事硬件和结构开发工作,也无需具备声学专业知识和购买校准工具,仅需进行人机界面软件开发,使用其高科技提供的SDK,直接从机芯中读取声成像图片和视频。

在机芯出厂前,其高科技已使用专业声学测试工具和环境,标定声成像机芯的传感器,配准声成像与可见光图片的坐标,测试定位精度指标。 合作伙伴仅需将机芯安装到整机中,无需进行校准等声学硬件测试验证工作,降低了开发和生产难度,加速了产品上市时间,同时也保证了产品的声学性能。

{/*表单功能*/}

其高声学成像模组/机芯SDK主要函数功能

API
参数/功能
实时/后处理
备注
开始成像 模组开始实时成像计算工作
停止成像 模组停止实时成像计算工作,处于待机状态
获取声音信号 实时读取指定麦克风的连续实时声音信号 实时
获取声源点声音信号 实时读取最大声源点处的连续实时声音信号 实时
获取麦克风声压级 可实时读取全部麦克风的声压级,包括原始声音信号和滤波信号声压级 实时 线性声压级
获取PRPD图 读取声音信号计算PRPD图。根据PRPD图,自动返回局部放大类型和严重程度估计,类型包括悬浮、沿面、电晕,严重程度估计分为轻微、警告和故障。 实时/后处理
获取泄漏量估计 读取泄漏量和能源损失代价估计结果。可设置参数包括距离、气体压力、气体温度、气体类型、能源价格、压缩机能效等。 实时/后处理
获取频谱图 根据声音信号计算频谱图(功率图) 实时/后处理
获取时频谱图 根据声音信号计算联合时频谱图 实时/后处理
获取麦克风故障状态 当故障麦克风超过最小允许比例时,返回故障码 实时
局放:返回计算PRPD图;泄漏:返回泄漏量估计;异响:仅成像
设置成像频率范围 设置声成像的频率上限和下限 实时
设置成像模式 单声源、多声源、声场分布可设置 实时
设置检测模式 局放、泄漏、异响可选 实时
固件升级 向模组发送升级数据包,完成在线升级 实时
读取固件版本 返回固件版本号 实时

声成像模组/机芯的主要参数和指标

声成像模组ODES-136G1
声成像机芯ODES-M64
参数名称 指标 定制 指标 定制
应用 局放检测(PRPD图谱)、泄漏检测、异响 - 局放检测(PRPD图谱)、泄漏检测、异响 -
麦克风类型 高灵敏度数字麦克风 - 高灵敏度数字麦克风 -
麦克风个数 136 支持 64 支持
麦克风阵型 随机 支持 螺旋 支持
阵列面尺寸 52mm 支持 60mm -
麦克风灵敏度 -26dBFS@1kHz - -26dBFS@1kHz -
最大声压级 120dB - 120dB -
信噪比 64dB@1kHz - 64dB@1kHz -
声音采样率 200kS/s - 200kS/s -
成像频率范围 2kHz-100kHz - 2kHz-100kHz -
定位误差 {'<'}0.05m@1m,40kHz - {'<'}0.05m@1m,40kHz -
横向分辨率 {'<'}0.20m@1m,40kHz - {'<'}0.20m@1m,40kHz -
动态范围 {'>'}10dB@40kHz - {'>'}10dB@40kHz -
最小成像声压级 {'<'}20dBSPL,与频率有关 - {'<'}20dBSPL,与频率有关 -
定位距离 0.3-130m(与声源信号大小有关) - 0.3-130m(与声源信号大小有关) -
声成像帧率 25FPS - 25FPS -
接口 USB - USB -
模组重量 35g - 125g -
尺寸 71x62x12mm 支持 直径84mm,厚度29mm -
材质 - - 铝合金,阳极氧化表面处理 -
供电 5VDC - 5VDC -
模组功耗 常温下{'<'}3W,50℃{'<'}3.5W - 常温下{'<'}2W,50℃{'<'}3W
温度范围 -20℃-50℃ - -20℃-50℃ -
防护等级 IP54(可选) - IP54(可选) -
PRPD图 支持 - 支持 -
局放类型分类 电晕(尖端)、悬浮、沿面、噪声 - 电晕(尖端)、悬浮、沿面、噪声 -
泄漏量估计 支持 - 支持 -
能源损失计算 支持 - 支持 -
可见光摄像头 不包含、用户自行选型 - 500万像素 -
结构设计 预留四个螺丝固定通孔 - 预留1/4螺丝孔1个,m2螺丝孔4个 -