四通道声-振动测量分析系统的研制

    俗话说“工欲善其事,必先利其器”,噪声的分析和研究离不开良好的分析手段.然而,我国多数声学实验室的测量工具相对落后,测量工具功能简单,往往只有一种功能;使用也不方便,测量后对数据的处理和分析显得复杂而且费时间,效率很低.所以,研制新一代声学测试分析设备很有必要.

    现代测试技术的进步,分析理论的完善以及计算机技术的发展,为新型噪声分析系统的诞生奠定了技术基础.首先,先进的测试技术大大地提高了测量的精度,我们可以测量出更精确的、更准确的原始数据.其次,新的数字信号处理技术与分析理论加快了处理数据的速度,如在把以时间为自变量的输入信号转换成以频率为自变量的频谱过程中,利用数字采样和FFT (Fast Fourier Transform)技术明显加快了频谱测量、网络计权运算和瞬时事件分析的速度.而计算机的发展,特别是微机性能不断提高,价格相对下降,以及计算机知识的普及,为开发推广新型噪声分析系统提供了客观条件.计算机软件的丰富,尤其图形操作系统如Windows2000等的出现,使开发方便友好的测试分析界面成为可能.

    重点研制功能较多、自动化程度高和用户界面友好的实时四通道声-振动测量分析系统,要在可听声频率范围内达到实时分析并可自动采集和处理数据.

    1　组成原理

    在声学测量分析的实际应用中,往往不是只测量一个点的一个量.家用电器噪声测试中,根据国际电工委员会标准IEC 60704-1和我国家用及类似电器空气噪声的测试标准,多数电器测量都需要进行4个点以上的测量.目前设计出的四通道声学测量分析系统能够很好地完成声压级的测量、1/1和1/3倍频程分析、功率谱分析、相关分析、传递函数的计算.如果把前端输入设备改换成加速度计,则该系统还能进行加速度的测量,做加速度、速度和位移谱分析,这些功能均能较好地满足我国大型家电企业在噪声和振动方面的在线测量要求.

    该系统的基本组成和原理如图1所示.

    Ch1、Ch2、Ch3、Ch4是传感器(传声器或加速度计),它们把被测信号声压(或振动)信号转换成电信号.该电信号经过四个通道传给放大器进行放大处理.防混叠滤波器即低通滤波器,将分析频率范围以外的信号滤掉,以防止采样的混叠效应.模拟信号由A/D转换器离散成为数字信号,并传送到数字信号处理系统进行计算分析.数字信号处理系统(DSP)是本系统的重要部分,它来完成几乎所有的分析计算工作.分析的结果传递给计算机来显示、保存并打印.输入放大器的增益,防混叠滤波器的截止频率和A/D转换器的采样速率均由计算机来控制.

    整个系统采用最精简的硬件结构,主要功能由软件实现,即采用所谓的“虚拟式结构”.系统中的软件使本系统功能更强大,应用更方便.每个软件包相当于一台独立的分析仪.其中声学方面的软件包包括如下内容: