阵列传感器:不依赖互联网,有没有办法将原始电信号转换为声音信号传输出去?

2021/11/04 07:35 · 传感器知识资讯 ·  · 阵列传感器:不依赖互联网,有没有办法将原始电信号转换为声音信号传输出去?已关闭评论
摘要:

阵列传感器:不依赖互联网,有没有办法将原始电信号转换为声音信号传输出去?阵列式传感器是指一种或多种传感器按照一定的排列顺序构成的具有一定功能和作用的整体,通过传感器的集成,可以实现区域内的数据采集和提取,为后续的大数据分析提供了便利,由于每个应用的

阵列传感器:不依赖互联网,有没有办法将原始电信号转换为声音信号传输出去?

阵列式传感器是指一种或多种传感器按照一定的排列顺序构成的具有一定功能和作用的整体,通过传感器的集成,可以实现区域内的数据采集和提取,为后续的大数据分析提供了便利,由于每个应用的需求的不同,所以需要采用不同的传感器布局来实现相应的功能,为了尽可能的优化设计,需要提前了解每种布局方式的设计原理和注意事项。
由于阵列式传感器的布局方式有很多,我们只介绍其中的几种较为常见的方式:
一、圆周环形布局:这种布局方式是在不同的直径的圆周上均匀排布传感器,一般会在最外侧圆周放置激励源,打个比方,红外传感器圆周整列排布,最外侧可以是发光管阵列作为激励源,内测几个圆周上分布光电接收传感器,用一个形象化的图片来说明一下:
这样的布局方式主要用于提取相对平整表面上的数据信息,配合不同的传感器类型,可以用来分析区域内的物质密度,表面反射率大小,温度的变化趋势等等信息,整个传感器整列设计和加工难度不大,在传感器密度要求不是很高的情况下,可以采用离散器件做成柔性PCB板来来实现,效果也很稳定。
二、矩形排列布局:整个的阵列式传感器按照矩形排列,左右或上下两侧为激励源,中间部分为传感器整列,也可以是激励源与传感器阵列独立设计,这种设计可以采集固定的一个方向上的变化趋势。
矩形布局的传感器阵列应用比较广泛,举一个简单的例子,传感器的类别是温度传感器,需要检测管道中是否有高温液体流过,对管道外壁一个区域内的温度影响及升温趋势,这个时候就可以用到矩形排布的温度传感器阵列,我们知道管道中的液体通常是单向流动,当液体流过管道时,位于管道壁的阵列上的传感器会随着液体流动的方向逐渐升温,这样我们甚至可以通过升温的速度来判断液体的大体流速。
三、异型排列布局:这种布局通常需要根据不同的被测物外形来决定传感器阵列的外形样式,通常采用采集器和激励源一体的传感器类型,比如需要绘制一块石头外形轮廓,可以通过超声波阵列、红外阵列,具体的形状要根据石头的大致外形,达到的精度要求来决定。
这种布局的传感器阵列通常比较复杂,但是应用场合很多,比如野外考察,地质分析,形态检测等等。
上面的每种布局方式都可以实现很多的功能,也可以根据自己的需要来优化,拿圆周型布局来说,如果想要激励源和传感器实现单独配置,即可以单独对某一个点的数据进行控制,我们可以把激励源和传感器合成一体然后均匀分布到圆周区域内,这样就可以很灵活的通过外部电路来切换每个传感器的工作时序,降低传感器阵列的整体功耗。当然还有很多的改进方案,每个设计人员也有不同的设计思路,有兴趣的话可以做一些尝试。
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阵列传感器:传感器矩阵

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传感器矩阵
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传感器矩阵是一组传感器,通常以某种几何图案部署,用于收集和处理电磁或声学信号。使用传感器矩阵而不是使用单个传感器的优点在于,阵列为观测增加了新的维度,有助于估计更多参数并提高估计性能。例如,用于波束成形的无线电天线元件矩阵可以增加信号方向上的天线增益,同时减小其他方向上的增益,即通过相干地放大信号来增加信噪比(SNR)。传感器矩阵应用的另一个例子是估计撞击电磁波的到达方向。相关的处理方法称为阵列信号处理。阵列信号处理的应用实例包括雷达/声纳,无线通信,地震学,机器状态监测,天文观测故障诊断等。
中文名
传感器矩阵
外文名
Sensor array
目录
1
原理
2
矩阵设计
3
传感器矩阵的类型
?
天线矩阵
?
声阵列
?
其他矩阵
4
延迟求和波束形成
传感器矩阵原理
编辑
语音
图1
图1示出了六元件均匀线性阵列(ULA)。 在该示例中,假设传感器阵列位于信号源的远场中,使得它可以被视为平面波
[1]
。参数估计利用了这样的事实,即从阵列中的源到每个天线的距离是不同的,这意味着每个天线处的输入数据将是彼此的相移复制品。式(1)示出了相对于第一个阵列到达阵列中的每个天线所花费的额外时间的计算,其中c是波的速度。
(1)每个传感器都有不同的延迟。延迟很小,但并非微不足道。在频域中,它们显示为传感器接收到的信号之间的相移。延迟与入射角和传感器阵列的几何形状密切相关。 给定阵列的几何形状,可以使用延迟或相位差来估计入射角。式(1)是阵列信号处理的数学基础。简单地将传感器接收的信号相加并计算平均值得到结果。
(2)因为接收的信号是异相的,所以与原始信号源相比,该平均值不会产生增强的信号。 启发式地,如果我们可以找到权重乘以接收信号以在求和之前将它们设置为相位,即平均值:
(3)会导致信号增强。 将良好选择的一组权重与传感器阵列接收的信号相乘以便在抑制噪声的同时建设性地添加信号的过程称为波束形成。 传感器阵列有多种波束形成算法,例如延迟求和方法,基于光谱(非参数)方法和参数方法。
传感器矩阵矩阵设计
编辑
语音
传感器阵列具有不同的几何设计,包括线性,圆形,平面,圆柱和球形阵列。 存在具有任意阵列配置的传感器阵列,其需要更复杂的信号处理技术用于参数估计。 在均匀线性阵列(ULA)中,输入信号
的相位应限制在
以避免光栅波。 这意味着对于在[
]区间内的到达角
,传感器间距应该小于波长
的一半
。 然而,主光束的宽度,即阵列的分辨率或方向性,由阵列的长度与波长相比确定。 为了有一个体面的方向分辨率,阵列的长度应该比无线电波长大几倍。
传感器矩阵传感器矩阵的类型
编辑
语音
传感器矩阵天线矩阵
天线矩阵(电磁),天线元件的几何布置,其电流之间存在故意关系,通常形成单个天线以实现所需的辐射方向图。定向矩阵,为方向性优化的天线矩阵。相控阵,一种天线阵,其中应用于元件的相移(和幅度)被电子修改,通常是为了控制天线系统的方向图,而不使用移动部件。智能天线是一种相控阵,其中信号处理器计算相移以优化对接收机的接收和/或传输,例如蜂窝电话塔。数字天线阵列,这是使用多通道数字波束形成的智能天线,通常使用FFT。干涉射电望远镜或光学望远镜的干涉阵列,用于通过干涉相关实现高分辨率。Watson-Watt / Adcock天线阵列,使用Watson-Watt技术,由此使用两个Adcock天线对对输入信号执行幅度比较。
传感器矩阵声阵列
麦克风阵列用于声学测量和波束形成。扬声器阵列用于声学测量和波束形成。
传感器矩阵其他矩阵
地震检波器阵列用于反射地震学。声纳阵列是用于水下成像的一系列水听器。
传感器矩阵延迟求和波束形成
编辑
语音
如果对来自每个麦克风的记录信号添加时间延迟,该时间延迟与由附加传播时间引起的延迟相等且相反,则将产生彼此完全同相的信号。对这些同相信号求和将导致相长干涉,这将通过阵列中的天线数量放大SNR。这被称为延迟和求和波束形成。对于到达方向(DOA)估计,可以迭代测试所有可能方向的时间延迟。如果猜测错误,信号将受到破坏性干扰,导致输出信号减弱,但正确的猜测将导致上述信号放大。问题是,在估计入射角之前,怎么可能知道与额外行程时间引起的延迟相等的时间延迟?是不可能的。解决方案是以足够高的分辨率尝试一系列角度
[
],并使用等式1计算得到的阵列的平均输出信号。最大化平均输出的试验角度是由延迟和总和波束形成器给出的DOA的估计。向输入信号添加相反的延迟等同于物理旋转传感器阵列。因此,它也被称为波束控制。
词条图册
更多图册
参考资料
1.

静电传感器矩阵颗粒局部平均速度空间滤波测量方法
.万方[引用日期2018-07-01]

阵列传感器:盘点几种阵列式传感器的布局方式

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电气特征

线路电源电压要求?(VDC):
9 – 30

信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(mA):
4 – 20

信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(VDC):
0 – 10

励磁电压?(Vrms):
3

信号特征

励磁频率?(kHz):
7.5

主体特性

信号调节 - LVDT/RVDT 重量?(g):
117

机械附件

信号调节 - LVDT/RVDT 安装?:
DIN 3

使用环境

工作温度范围?:
-20 – 75?°C?[?0 – 165?°F?]

操作/应用

...

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电气特征

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V):
±15

模拟输出?:
±10 V

电气连接?:
PT02A-10-6P

主体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?:
圆柱形

弹簧回弹式?:
分离式铁芯, 分离式铁芯

壳体特性

线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?:
不锈钢

外壳直径?:
4.78?mm?[?.188?in?]

使用环境

工作温度范围?:
0 – 70?°C?[?32 – 158?°F?]

环境规范?:
1,000 PSI 压力

...

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产品类型特性

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 类型?:
RVDT

结构特性

电气连接?:
M12.5 针

电气特征

Input Current (Max)?(mA):
25

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 输出类型?:
0 – 10 VDC

主体特性

角度感应范围?(°):
0 – 120

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 重量?(g):
99

外壳材料?:

机械附件

角度位移传感器 - RVDT/RVIT 安装?:
Servo Groove

...

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-00 -00 即插即用加速度传感器

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产品类型特性

加速度计类型?:
MEMS DC

即插即用加速度计传感器类型?:
直流响应即插即用加速度计

结构特性

电气连接?:
5 针连接器

电气特征

满量程输出电压?(VDC):
±2

励磁电压?(VDC):
4 – 30

零加速输出?(mV):
±50

信号特征

频率响应?(Hz):
0-1500

主体特性

轴数?:
1

重量?:
16?g?[?.56?oz?]

材料?:
不锈钢

...

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-1 -1 角度位置传感器 - 空心轴旋转变压器

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结构特性

Resolver Size?:
21

Pole Pairs?:
1

其他

Angular Error?('):
20

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315-120 315-120 即插即用加速度传感器

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产品类型特性

即插即用加速度计传感器类型?:
电缆组件

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-00 341A-240 即插即用加速度传感器

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产品类型特性

即插即用加速度计传感器类型?:
电缆组件

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4000A-005-060 4000A-005-060 即插即用加速度传感器

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产品类型特性

加速度计类型?:
MEMS DC

即插即用加速度计传感器类型?:
直流响应即插即用加速度计

结构特性

电气连接?:
一体式电缆

电气特征

满量程输出电压?(VDC):
±2

励磁电压?(VDC):
8 – 36

零加速输出?(mV):
±100

励磁电流?(mA):
5

信号特征

频率响应?(Hz):
0-300

主体特性

轴数?:
1

重量?:
7?g?[?.245?oz?]

...

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4000A-050-030 4000A-050-030 即插即用加速度传感器

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产品类型特性

加速度计类型?:
MEMS DC

即插即用加速度计传感器类型?:
直流响应即插即用加速度计

结构特性

电气连接?:
一体式电缆

电气特征

满量程输出电压?(VDC):
±2

励磁电压?(VDC):
8 – 36

零加速输出?(mV):
±100

励磁电流?(mA):
5

信号特征

频率响应?(Hz):
0-800

主体特性

轴数?:
1

重量?:
7?g?[?.245?oz?]

...

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603-0100-120 603-0100-120 速率和惯性传感器

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产品类型特性

速率和惯性传感器类型?:
Rate Sensors/Gyros

电气特征

励磁电压?(VDC):
5 – 16

尺寸

尺寸 MM?:
20.8 x 20.8 x 14.5

使用环境

工作温度范围?:
-40 – 105?°C?[?-40 – 221?°F?]

包装特性

速率和惯性传感器包装?:
Anodized Aluminium

其他

精确度?:
±0.5% Non-Linearity

FS 范围 (±) DEG/SEC?:
100...

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-00 610-12K-276 速率和惯性传感器

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产品类型特性

速率和惯性传感器类型?:
Rate Sensors/Gyros

电气特征

励磁电压?(VDC):
5 – 16

尺寸

尺寸 MM?:
14.6 x 10.2 x 7.6

使用环境

工作温度范围?:
-40 – 105?°C?[?-40 – 221?°F?]

包装特性

速率和惯性传感器包装?:
Anodized Aluminium

其他

精确度?:
±0.5% Non-Linearity

FS 范围 (±) DEG/SEC?:
...

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-000 -000 位置传感器配套仪表

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电气特征

线路电源电压要求?(VDC):
±12, ±15

信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(VDC):
±10

励磁电压?(Vrms):
3

信号特征

励磁频率?(kHz):
2.5 – 10

机械附件

信号调节 - LVDT/RVDT 安装?:
Printed Circuit Board Edge or Terminal Block

使用环境

工作温度范围?:
-1 – 55?°C?[?30 – 130?°F?]

其他

传感器类型?:
带 5 或 6 根导线的 LVDT 或 RVDT

传感器通道?:
1

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-000 -000 线性位移传感器 - LVDT

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使用环境

工作温度范围?:
5 – 60?°C?[?41 – 140?°F?]

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7104A-0050 7104A-0050 即插即用加速度传感器

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产品类型特性

加速度计类型?:
IEPE

即插即用加速度计传感器类型?:
交流响应即插即用加速度计

结构特性

电气连接?:
10-32 同轴连接器

电气特征

满量程输出电压?(VDC):
±5

励磁电压?(VDC):
18 – 30

励磁电流?(mA):
2 – 10

信号特征

频率响应?(Hz):
0.3-

主体特性

轴数?:
1

重量?:
8.6?g?[?.303?oz?]

材料?:
不锈钢

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-020 -020 倾角传感器和倾角仪

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结构特性

接口?:
模拟

电气特征

电源电压?(VDC):
12 – 24

模拟接口?(mA):
4 – 20

端接特性

倾角传感器和测斜仪安装?:
垂直

尺寸

尺寸?(mm):
最多 70

倾角传感器和测斜仪精确度?(°):
最多 +/- .5

分辨率?(°):
最多 +/- .01

使用环境

测量原理?:
液体

工作温度范围?:
-25 – 60?°C?[?-13 – 140?°F?]

包装特性

倾...

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-00 AST4300AP4P1000 压力传感器

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产品类型特性

压力传感器类型?:
非易燃压力变送器

压力类型?:
测量仪

结构特性

压力端口/接头?:
1/4 MNPT

电气连接?:
10 英尺导管

电气特征

压力传感器电源电压?(V):
10 – 28

主体特性

端口材料?:
316L

使用环境

压力?:
344.73?bar?[?5000?psi?]

工作温度范围?:
-40 – 80?°C?[?-40 – 176?°F?]

操作/应用

耐压范围?:
2X,最小值

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-00 AST4600AP4W1000 压力传感器

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产品类型特性

压力传感器类型?:
防爆型压力变送器

压力类型?:
测量仪

结构特性

压力端口/接头?:
1/4 MNPT

电气连接?:
导管 2 m 引线

电气特征

压力传感器电源电压?(V):
10 – 28

主体特性

端口材料?:
316L

使用环境

工作温度范围?(°C):
-40 – 85

工作温度范围?(°F):
-40 – 185, -40 – 185

操作/应用

耐压范围?:
2X,最小值

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阵列传感器:不依赖互联网,有没有办法将原始电信号转换为声音信号传输出去?  第2张

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此方法制备的传感阵列在强烈超声、胶带剥离和反复弯曲的测试下,仍然可以保持完整的阵列结构和优异的传感性能(图2)。 此工作开辟了一种新的分子设计策略用于制备稳定的气体传感器件,以“A Bioinspired Adhesive-Integrated-Agent Strategy ...百度快照

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