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。
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。
其高声学成像模组/机芯SDK主要函数功能
API |
参数/功能
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实时/后处理
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备注
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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
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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 |
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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 | - |