专利名称：一种数字化声学检测系统的制作方法
技术领域：
本发明为一体化数字声学分析系统，具体地说是采用数字处理技术，获得各类声学测量项目的系统，具有精度高、扩展性强、造价低廉等特点，可广泛应用于声振信号检测和分析领域内。
背景技术：
现有的声学检测系统，精度低、扩展性差、造价高。如B&K公司作为声学测量行业的领先企业于1960年制造了型号为2203的世界上第一台手持式声级计，开始了便携式声信号分析系统的研制历程。然而这台2203型号声级计功能很少，没有脉冲时间常数测量也没有峰值检测。随着信号理论及大规模集成电路的发展，声学分析仪器功能越来越强，B&K 最新2250型号声级计不仅可以同时测量A、C频率计权，快(F)、慢(S)时间计权的全部测量，还可以测量倍频程谱和1/3倍频程谱，动态范围达到140dB。但这种声级计计算量大， 精度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字化声学检测系统。本发明要解决的是现有现有声学检测系统精度低、扩展性差、计算量大和造价高等的问题。本发明的技术方案是包括传声器、前置电路、AD、信号处理器、触摸屏和键盘，传声器把声信号转变为电信号后，送入到前置电路，前置电路把信号放大后送入到AD，进行模数转换，转换后的信号送入到信号处理器进行信号处理，触摸屏和键盘与信号处理器连接。所述的信号处理器内设有校准�？�、声级测量�？�、频谱分析�？楹虵FT分析�？椋�
校准�？橛糜谕ǖ佬Ｗ己痛餍Ｗ�。声级测量�？橹С諥、C、Z频率计权，F、S、I时间计权，用于计算瞬时声级Lp、最大声级Lmax、最小声级Lmin、等效连续声级Leq、白天等效连续声级Ld、夜晚等效连续声级 Ln、昼夜等效连续声级Ldn、声暴露E、声暴露级Le、统计声级LN及标准偏差SD、峰值声级 Lpk0频谱分析�？樵市碓诳砉愕钠德史段谟�1/1和1/3倍频程频带进行实时测量， 支持A、C、Z频率计权，F、S时间计权；频谱分析�？榈钠灯追治霭ㄋ彩鄙禠p、最大声级Lmax、最小声级Lmin、等效连续声级Leq、声暴露E、声暴露级Le、峰值声级Lpk、峰值保持 Lhold0FFT分板�？橛糜诓饬垦∑刀嗡彩鄙逗妥畲�、最小声级。上述校准�？�、声级测量�？�、频谱分析�？楹虵FT分析�？槲懒⒛？椋直鹜瓿啥杂Φ墓δ埽徊饬渴毕仁褂眯Ｗ寄？榻写髁槊舳刃Ｗ迹缓蟾菥咛逍枰�
别选择声级测量模块、频谱分析�？榛騀FT分析�？�。
所述的信号处理器为双核架构的0MAPL138处理器。所述的前置电路用来进行阻抗变换和前置放大。前置电路包括一台前置放大器， 它为AWA14604型ICP前置放大器，由恒流源供电，具有高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点，它的信号线和电源线合二为一。本发明的优点是本发明通过用采样率的高性能滤波器组，实现高分辨率分数阶倍频程算法，极大地减少计算量，完成对信号进行广1Λ4倍频程实时频谱分析。本发明的系统根据目前多采样率原理设计多分辨率倍频程及1/3倍频程，将整个倍频程分析设计成多级结构，每一级的采样率均为上一级的二分之一，并且按照倍频程的规律进行频程划分，实现了频谱分析的多分辨率特性，提高了分析精度并减少了计算量。本发明采用内插FIR滤波器实现过渡带极窄的高通滤波，滤波低频噪声，大幅度减少本底噪声，提高系统性能。本发明所采用的FFT分析在给定频谱范围内可任意选择起始和终止频率，提供更
高
分辨率FFT分析，可以在一个基带频带间隔里的一个窄带宽度内获取非�：玫木�。
图1为本发明的硬件结构框图。图2为本发明信号处理器内各�？樽饔霉叵低肌Ｍ�3为本发明各模块关系框图。图4为本发明基于多采样率理论倍频程分析原理图。图5为抗混叠滤波器频响曲线图。图6为本发明电话铃声1/3倍频程频谱图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的说明。如图所示，本发明包括传声器1、前置电路2、AD、信号处理器5、触摸屏3和键盘 4，传声器1把声信号转变为电信号后，送入到前置电路2，前置电路2把信号放大后送入到 AD，进行模数转换，转换后的信号送入到信号处理器5进行信号处理，触摸屏3和键盘4与信号处理器5连接。信号处理器5连接有SRAM(同步动态随机存储器)、Nandflash、SD卡。信号处理器5可以通过USB接口与计算机6连接，把相关的数据显示在计算机6 上或通过计算机6对信号处理器5进行操作。所述的信号处理器5内设有校准�？�、声级测量模块、频谱分析模块和FFT分析�？�。校准�？橛糜谕ǖ佬Ｗ己痛�1校准。声级测量�？橹С諥、C、Z频率计权，F、S、I时间计权，用于计算瞬时声级Lp、最大声级Lmax、最小声级Lmin、等效连续声级Leq、白天等效连续声级Ld、夜晚等效连续声级 Ln、昼夜等效连续声级Ldn、声暴露E、声暴露级Le、统计声级LN及标准偏差SD、峰值声级 Lpk0频谱分析�？樵市碓诳砉愕钠德史段谟�1/1和1/3倍频程频带进行实时测量，支持A、C、Z频率计权，F、S时间计权；频谱分析模块的频谱分析包括瞬时声级Lp、最大声级Lmax、最小声级Lmin、等效连续声级Leq、声暴露E、声暴露级Le、峰值声级Lpk、峰值保持 Lhold。FFT分板模块用于测量选频段瞬时声级和最大、最小声级。FTT测量是观察梳状滤波与窄频影响的理想工具。它可以对音频系统的频率响应做详细的研究。上述校准�？�、声级测量模块、频谱分析�？楹虵FT分析�？槲懒⒛？椋直鹜瓿啥杂Φ墓δ埽徊饬渴毕仁褂眯Ｗ寄？榻写�1灵敏度校准，然后根据具体需要，
分别选择声级测量�？�、频谱分析�？榛騀FT分析�？�。所以在声级测量、频谱分析或FFT 分析之前都必须先进行校准，获取传声器1灵敏度校准值，才可以进行后续的计算。所述的信号处理器5为双核架构的0MAPL138处理器。0MAPL138处理器包含两个核心，S卩ARM核心和DSP核心。ARM核主频高达300MHz。作为实时分析系统的控制核心， ARM核心负责数据采集、算法流程控制、操作系统调度、界面显示、文件保存等操作。DSP核心为主频300MHz的TI C674x系列浮点处理器核，DSP核心作为协处理器负责算法�？榈牡饔茫荽聿⒓笆苯峁祷馗鳤RM核做后续处理。所述的前置电路2用来进行阻抗变换和前置放大。前置电路2包括一台前置放大器，它为AWA14604型ICP前置放大器，由恒流源供电，具有高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点，它的信号线和电源线合二为一。所述的校准�？橛糜诩扑阈拚担辉谑导驶肪持校咕�1转变为电信号，再由前置电路2对信号进行处理，AD转换后进信号处理器5，通过DSP计算，这中间的每一个环节均可能引起计算误差，并且环境温度、湿度均会影响系统计算的准确性，因此系统需要校准，以校正因为电路噪声及外界环境噪声对本系统的影响，这部分修正是校准�？樾枰扑愕男拚�。假设传声器1的灵敏度为M (v/I^a)，放大电路放大系数为S，输入声压有效值为 P，则电压VO为
Fg= J^
F； =ST1=尋(ι)
DSP计算声压级为
^mD),C(2)
^C^kih^kK^ 20 few 20^0
上述的Vref为参考电压，C为校正值。所述的校正模块的校准原理是基于等效连续声级，计算输入稳态正弦信号的等效连续声压级并将其与实际输入值、放大系数带入以上公式，计算出校准�？樵诟蒙藕牌德氏碌拇�1灵敏度修正值。所述的声级测量�？榈墓δ苤饕ǹ�(F)、慢(S)、脉冲(I)时间计权，A、C、Z频率计权，瞬时声级，等效连续声级，峰值声级，声暴露级，统计声级等。声级测量�？橹饕募扑懔考性诩迫ㄍ�。声级测量中频率计权网络及时间计权网络采用UR结构滤波器实现，符合国家标准规定的要求；C计权网络为四阶UR带通滤波器(两个二阶IIR级联实现)，需要20次实数乘法与16次实数加法；A计权网络为六阶 IIR带通滤波器(三个二阶IIR级联实现)，需要30次实数乘法与M次实数加法；时间计权网络为二阶HR带通滤波器，需要5次实数乘法与4次实数加法，每一点数据进入时间计权网络之前需要一次平方处理，为1次实数乘法。标准《IEC61672》给出了频率计权的计算公式。任何频率(Hz)上的C计权可用下式计算，分贝表示
权利要求
1.一种数字化声学检测系统，其特征在于该系统包括传声器、前置电路、AD、信号处理器、触摸屏和键盘，传声器把声信号转变为电信号后，送入到前置电路，前置电路把信号放大后送入到AD，进行模数转换，转换后的信号送入到信号处理器进行信号处理，触摸屏和键盘与信号处理器连接；所述的信号处理器内设有校准�？�、声级测量�？�、频谱分析�？楹虵FT分析�？椋� 校准模块用于通道校准和传声器校准；声级测量�？橹С諥、C、Z频率计权，F、S、I时间计权，用于计算瞬时声级Lp、最大声级 Lmax、最小声级Lmin、等效连续声级Leq、白天等效连续声级Ld、夜晚等效连续声级Lru昼夜等效连续声级Ldn、声暴露E、声暴露级Le、统计声级LN及标准偏差SD、峰值声级Lpk ；频谱分析模块允许在宽广的频率范围内用1Λ和1/3倍频程频带进行实时测量，支持 A、C、Z频率计权，F、S时间计权；频谱分析�？榈钠灯追治霭ㄋ彩鄙禠p、最大声级Lmax、 最小声级Lmin、等效连续声级Leq、声暴露E、声暴露级Le、峰值声级Lpk、峰值保持Lhold ； FFT分板�？橛糜诓饬垦∑刀嗡彩鄙逗妥畲�、最小声级； 上述校准�？椤⑸恫饬磕？�、频谱分析�？楹虵FT分析�？槲懒⒛？椋直鹜瓿啥杂Φ墓δ埽徊饬渴毕仁褂眯Ｗ寄？榻写髁槊舳刃Ｗ迹缓蟾菥咛逍枰直鹧≡裆恫饬磕？�、频谱分析�？榛騀FT分析�？�。
2.根据权利要求1所述的数字化声学检测系统，其特征在于所述的前置电路包括一台前置放大器，用来进行阻抗变换和前置放大，该前置放大器为AWA14604型ICP前置放大器，其信号线和电源线合二为一。
全文摘要
本发明公开了一种数字化声学检测系统，它包括传声器、前置电路、AD、信号处理器、触摸屏和键盘，传声器把声信号转变为电信号后，送入到前置电路，前置电路把信号放大后送入到AD，进行模数转换，转换后的信号送入到信号处理器进行信号处理，触摸屏和键盘与信号处理器连接；所述的信号处理器内设有校准�？�、声级测量�？�、频谱分析模块和FFT分析�？椋恍Ｗ寄？橛糜谕ǖ佬Ｗ己痛餍Ｗ迹簧都颇？橹С諥、C、Z频率计权，频谱分析�？樵市碓诳砉愕钠德史段谟�1/1和1/3倍频程频带进行实时测量，FFT分板�？橛糜诓饬垦∑刀嗡彩鄙逗妥畲蟆⒆钚∩�。本发明能实现最基本的各类声级检测、声强计算，能对声振信号进行实时频谱与统计分析，对声振信号进行自动监测，减少低频部分的数据冗余，利用加窗减少频谱泄漏。
文档编号G01H17/00GK102506994SQ201110370418
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者任松鑫, 冯海泓, 胡晓城, 薛燕, 陈华, 黄励 申请人:嘉兴中科声学科技有限公司
