基于聲陣列技術的射流靶物定位及三維顯示技術研究.pdf

1、高壓水射流技術是一種成熟、高效的冷切割技術，廣泛應用于機械、化工和建筑行業(yè)中，可以實現(xiàn)無污染的切割、清洗作業(yè)，具有顯著優(yōu)勢。當高壓水射流在非切割工況下沖擊靶物時，會產(chǎn)生反射聲，該反射聲信號的頻率、幅值、能量等特征值隨靶物材料和形狀差異而不同，因此可以利用反射聲識別靶物材質(zhì)與幾何尺寸。本文研究的高壓水射流靶物識別技術是一項新穎的技術，是傳統(tǒng)水射流和聲音識別技術的創(chuàng)新結合。
　　為了提高靶物探測范圍和識別效率，本文利用線性排列的高壓水

2、射流陣列和傳聲器陣列進行靶物探測，其中研究的關鍵之一是利用射流沖擊靶物時產(chǎn)生的反射聲信號，提取有效的特征值，進而識別靶物的形狀和尺寸。但是上述傳聲器陣列采集到的反射聲信號存在干擾和耦合問題，為了精確提取對應靶物的反射聲特征值，所以必須對信號進行精確的解耦重構。由于在探測過程中靶物位置和材質(zhì)是隨機分布的，因此傳聲器所采集的各個高壓水射流反射聲分量屬于非平穩(wěn)時變信號。本文采用盲源分離方法中應用最廣的獨立成分分析方法(IndependentC

3、omponent Analysis ICA)對信號進行分解重構。針對傳統(tǒng)獨立成分分析方法存在的重構后信號順序不能確定，無法應用該信號進行靶物位置精確定位等問題，本文對傳統(tǒng)ICA算法進行改進，提出一種迭代式ICA算法，詳細敘述該算法原理，并應用LabVIEW軟件編寫了相應程序，進行了靶物多通道探測與反射聲數(shù)據(jù)實際采集、處理與驗證實驗，分別應用模擬數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)對算法進行驗證。實驗結果證明，本文提出的迭代式ICA算法能穩(wěn)定確定重構后反射聲信

4、號對應傳聲器陣列的順序，并能夠從重構后的反射聲信號中有效提取反映靶物材質(zhì)和形狀的特征值，可以應用于靶物材質(zhì)、幾何尺寸的識別和靶物在探測區(qū)域內(nèi)的精確定位。
　　同時為了直觀形象的顯示靶物尺寸和材質(zhì)分類和探測區(qū)域定位結果，本文應用LabVIEW軟件編制靶物三維顯示和定位軟件，并對項目研制中涉及的大容量多通道信號存儲讀取程序，迭代式ICA解耦重構程序，小波理論降噪程序，模極大值法確定靶物幾何尺寸程序，靶物特征值提取程序，支持向量機(SV