[发明专利]一种基于声学频散现象的固体材料识别方法

权利要求书

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靠近中心的位置上，麦克风对准待敲击的方向；

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：

ΔT^A(f^H，f^L)＝D·I(f^H，f^L)+U(f^H，f^L)，其中，D为敲击点到麦克风的距离，I(f^H,f^L)为固体材料的唯一表征，U(f^H,f^L)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T^A(f_i^L)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，N^G为减小噪音对结果影响设置的离散间隔；f_i^L为第i个低频频率，FB_i(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，T_i^U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。