基于聲陣列技術(shù)的射流靶物定位及三維顯示技術(shù)研究.pdf

1、高壓水射流技術(shù)是一種成熟、高效的冷切割技術(shù)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、化工和建筑行業(yè)中，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)污染的切割、清洗作業(yè)，具有顯著優(yōu)勢(shì)。當(dāng)高壓水射流在非切割工況下沖擊靶物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射聲，該反射聲信號(hào)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(shí)別靶物材質(zhì)與幾何尺寸。本文研究的高壓水射流靶物識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)新穎的技術(shù)，是傳統(tǒng)水射流和聲音識(shí)別技術(shù)的創(chuàng)新結(jié)合。
　　為了提高靶物探測(cè)范圍和識(shí)別效率，本文利用線(xiàn)性排列的高壓水

2、射流陣列和傳聲器陣列進(jìn)行靶物探測(cè)，其中研究的關(guān)鍵之一是利用射流沖擊靶物時(shí)產(chǎn)生的反射聲信號(hào)，提取有效的特征值，進(jìn)而識(shí)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(hào)存在干擾和耦合問(wèn)題，為了精確提取對(duì)應(yīng)靶物的反射聲特征值，所以必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確的解耦重構(gòu)。由于在探測(cè)過(guò)程中靶物位置和材質(zhì)是隨機(jī)分布的，因此傳聲器所采集的各個(gè)高壓水射流反射聲分量屬于非平穩(wěn)時(shí)變信號(hào)。本文采用盲源分離方法中應(yīng)用最廣的獨(dú)立成分分析方法(IndependentC

3、omponent Analysis ICA)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解重構(gòu)。針對(duì)傳統(tǒng)獨(dú)立成分分析方法存在的重構(gòu)后信號(hào)順序不能確定，無(wú)法應(yīng)用該信號(hào)進(jìn)行靶物位置精確定位等問(wèn)題，本文對(duì)傳統(tǒng)ICA算法進(jìn)行改進(jìn)，提出一種迭代式ICA算法，詳細(xì)敘述該算法原理，并應(yīng)用LabVIEW軟件編寫(xiě)了相應(yīng)程序，進(jìn)行了靶物多通道探測(cè)與反射聲數(shù)據(jù)實(shí)際采集、處理與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，分別應(yīng)用模擬數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文提出的迭代式ICA算法能穩(wěn)定確定重構(gòu)后反射聲信

4、號(hào)對(duì)應(yīng)傳聲器陣列的順序，并能夠從重構(gòu)后的反射聲信號(hào)中有效提取反映靶物材質(zhì)和形狀的特征值，可以應(yīng)用于靶物材質(zhì)、幾何尺寸的識(shí)別和靶物在探測(cè)區(qū)域內(nèi)的精確定位。
　　同時(shí)為了直觀形象的顯示靶物尺寸和材質(zhì)分類(lèi)和探測(cè)區(qū)域定位結(jié)果，本文應(yīng)用LabVIEW軟件編制靶物三維顯示和定位軟件，并對(duì)項(xiàng)目研制中涉及的大容量多通道信號(hào)存儲(chǔ)讀取程序，迭代式ICA解耦重構(gòu)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(jī)(SV