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原文传递一种基于声学频散现象的固体材料识别方法

专利名称：	一种基于声学频散现象的固体材料识别方法
摘要：	本发明公开了一种基于声学频散现象的固体材料识别方法，该方法基于物理学中声音在固体中的声学频散现象，结合信号处理、数学建模分析的方法，仅利用随处可见的配有麦克风的智能终端(如：智能手机、平板电脑)，即可完成对未知固体种类的识别，并且在已知固体材料的基础上，应用本技术可进一步得知该材料是否存在缺陷。所述方法通过麦克风获取固体材料不同位置的敲击声音，然后对声音信号进行滤波降噪处理；根据声音不同频率部分间到达差，结合数学模型求出固体材料唯一表征，得出最终结果并反馈给用户。该技术不需要额外的硬件支持，同时能够保证材料的完整性，成本较低，应用前景十分广阔。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	深圳大学
发明人：	邹永攀;袁宝劼;伍楷舜;林佳伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910768717.3
公开号：	CN110455916A
代理机构：	南京苏创专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	高丽
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	518060广东省深圳市南山区南海大道3688号
主权项：	1.一种基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、将带有麦克风的移动设备静置在待测固体上；步骤2、启动麦克风，并在距离麦克风L1处开始敲击待测材料，再从第一个敲击点开始沿直线每隔距离L2敲击待测材料，每敲击1次，获取1个音频信号进行存储，其中，L1、L2的单位为cm；步骤3、对所有音频信号进行滤波降噪处理；步骤4、计算同一个声音高频部分信号与低频部分信号之间的到达时间差，建立各频率部分的到达时间差的数学模型，结合数学模型求出固体材料的特征斜率，其中，高频范围为18KHZ-24KHZ，低频范围为1HZ-3KHZ；步骤5、计算出的固体材料的特征斜率与云端数据库中存储的数值进行对比，得出待测固体的材料结果。 2.根据权利要求1所述的基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：所述步骤2的具体操作过程如下：步骤2-1、启动麦克风，根据提示创建音频文件存储路径，控制元件同时启动所用移动设备的陀螺仪创建相应的数据存储路径，并准备开始记录；步骤2-2、将距离麦克风L1的位置设定为第一个敲击点，从第一个敲击点沿直线每隔L2的距离设定一个敲击点，共设定X个敲击点其中，X≥3；步骤2-3、依次从第一个敲击点开始，使用同一个物体在每个敲击点对待测材料敲击一次，每次敲击将依次存储为一个独立音频文件；步骤2-4、将距离信息L1、L2以及敲击物信息进行存储。 3.根据权利要求1所述的基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程如下：步骤3-1、依次将存储的音频信号做短时傅里叶变换，通过其时频分布，查看噪音信息，再将原信号做降噪滤波处理；步骤3-2、对滤波后的信号利用窗口切割出有效信号片段。 4.根据权利要求1所述的基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：到达时间差的数学模型如下： ΔTA(fH，fL)＝D·I(fH，fL)+U(fH，fL)，其中，D为敲击点到麦克风的距离，I(fH,fL)为固体材料的唯一表征，U(fH,fL)为计算误差值。 5.根据权利要求4所述的基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：所述到达时间差的计算方法如下：高频部分的到达时间与低频信号的到达时间TA(fiL)之间的差值，其中，其中，为第j个高频频率，j为将范围内的连续频率以1KHZ为计量单位进行分割的计数值；为时频变换计算出的t时刻高频频率的累计能量，为在频率处有最高累计WVD量级的值，NG为减小噪音对结果影响设置的离散间隔；fiL为第i个低频频率，FBi(t)为是经过以第i个低频频率值为中心频率的带通滤波器的子带信号，TiU为检测到的第i个声音长度。 6.根据权利要求4所述的基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：待测材料的特征斜率根据如下方法获取：根据到达时间差的数学模型，利用多个敲击点到麦克风之间的不同距离D、每个敲击点的到达时间差值拟合出直线，所得直线的斜率为待测材料的特征斜率，即为该待测固体材料种类的唯一表征。 7.根据权利要求1所述的基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：在步骤1中，将配有麦克风的移动设备静置在固体材料靠近中心的地方。 8.根据权利要求7所述的基于声学频散现象的固体材料识别方法，其特征在于：所述移动设备包括智能手机、平板电脑。
所属类别：	发明专利