周元昉臺灣大學：機械工程學研究所許嘉修Hsu, Chia-HsiuChia-HsiuHsu2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61171換能器陣列可以用來偵測聲波、電磁波、地震波等信號。在醫學上，可以利用超音波換能器陣列來掃瞄出人體的影像。由於使用超音波做醫學的影像掃瞄具有許多優點，因此被廣泛的應用在許多醫學領域中。本文使用延遲相加波束成形演算法來處理聲波陣列，使陣列具有方向選擇性，可以接收不同的角度的信號。 聲波換能器陣列包含了接收及發射，本文主要討論接收的部分。接收的聲波信號則是人耳能聽見的音頻範圍。設計了一套以微處理器AT89S51來做為主要的控制及運算器，將聲音接收轉成數位信號，使用一種以記憶體排列的方式完成延遲並相加波束成形演算法，實現了可用電腦程式控制指向角度的八感測器麥克風陣列系統。 本文完成的麥克風陣列具有九個指向角度，對聲音的取樣頻率為9kHz。經由測試及實驗的結果，驗證了本系統的計算方法無誤，並且經由測量出的陣列圖形確實具有方向選擇性。中文摘要 i 英文摘要 ii 目錄 iii 表目錄 vi 圖目錄 vii 符號表 xiii 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 使用換能器陣列系統的目的 1 1.3超音波陣列的種類與原理 2 1.3.1 環型陣列 2 1.3.2 線性陣列 3 1.3.3 相位陣列 3 1.4陣列系統文獻回顧 3 1.5本文目的與內容 5 第二章 波束成形演算法 7 2.1 延遲並相加波束成形 7 2.2 平面波的波束成形 8 2.3 球面波的波束成形 9 2.4 線性陣列 10 2.5 陣列圖形 11 2.6 頻率響應 14 2.7 離散時間的延遲並相加波束成形 15 第三章 使用微處理器實現波束成形 18 3.1 信號擷取 18 3.2 延遲並相加 19 3.3 平均 20 3.4 指向右半邊角度 21 第四章 信號處理系統架構 23 4.1 以PC控制角度 23 4.1.1 輸入變數 23 4.1.2 操作介面 23 4.2 麥克風陣列接收信號 24 4.3信號處理流程 24 4.3.1 初始設定 25 4.3.2 設定取樣並保持晶片在「保持」 26 4.3.3 設定參數 26 4.3.4 設定多工器 27 4.3.5 A/D轉換及儲存資料 27 4.3.6 設定取樣並保持晶片在「取樣」 28 4.3.7 延遲、相加和平均 28 4.3.8 類比輸出 28 4.3.9 數位輸出 29 4.3.10 串列中斷副程式 30 4.4 聲音輸出 31 第五章 模擬與實驗結果 32 5.1 模擬陣列圖形 32 5.2 系統測試 32 5.3 近場信號 33 5.3.1 信號源 33 5.3.2 近場信號陣列圖形 33 5.4 麥克風校正 34 5.5 測量結果 35 第六章 結論與建議 38 參考文獻 39 附表 41 附圖 46 附錄一 109 附錄二 1132258760 bytesapplication/pdfen-US感測器陣列信號處理指向性sensor arraysignal processdirectivitythesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61171/1/ntu-95-R93522508-1.pdf