專利名稱：多通道噪聲與振動的測試方法與測試儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及噪聲與振動的采集、分析系統，特別涉及一種由計算機軟件進行數據處理、便攜式、動態(tài)范圍寬、穩(wěn)定性能好的噪聲與振動測試方法與系統。
背景技術：
噪聲與振動測試是環(huán)境噪聲與振動污染評估、選擇控制措施的重要依據。噪聲與振動測試系統是噪聲與振動的測試中重要組成部分，廣泛應用于噪聲研究以及環(huán)境監(jiān)測等場合。
現有的測試方法包括時域信號測試和觀察。將噪聲或振動信號波形顯示出來，直觀地觀察信號的變化。頻譜分析。將信號進行頻譜分析，得到其頻譜信息，即信號在某一頻率點的幅度和相位值。包括單通道的自譜分析和雙通道的互譜分析。主要應用于噪聲測試。倍頻程分析。將信號進行倍頻程或三分之一倍頻程分析，得到其在各個頻段范圍內的幅值，以及全頻帶的總值?？梢蕴砑舆m當的計權網絡。主要應用于噪聲測試。相干性分析。對其中兩個通道的信號進行相干性分析。主要應用于噪聲測試。振動測試。對輸入的振動信號進行1至80Hz的三分之一倍頻程分析，包括橫向振動和縱向振動的測試。
噪聲測量模塊。主要用于環(huán)境噪聲監(jiān)測，包括測量時間計權聲級的常規(guī)聲級計、測量時間平均聲級的積分平均聲級計和測量聲暴露級的積分聲級計的功能。另外還包括24小時自動監(jiān)測功能。
目前市場上的噪聲與振動系統有些功能有限，有些功能全但成本高，體積大，不方便用于野外測試等。本發(fā)明提供了一種由計算機軟件進行數據處理、功能全、成本低、體積小、重量輕、穩(wěn)定性好的測試系統的實現方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對目前噪聲與振動測試系統功能不集中、體積大、重量大、價格昂貴等缺點，提供一種新的多通道噪聲與振動測試系統，集成多種測試功能，綜合多種分析方法，在保證功能強大的同時，具有體積小，重量輕，成本低，穩(wěn)定性能好等優(yōu)點。
為實現本發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于計算機軟件處理的多通道噪聲與振動測試方法和測試系統，本發(fā)明方法是設有兩種信號輸入方式即硬件輸入和文件輸入，分別對應于用于實時分析信號的硬件輸入方式，用于信號事后分析的文件輸入方式；當采用硬件輸入方式時，首先將傳感器(麥克風或者加速度計)和數據采集模塊構成連續(xù)數據采集模塊，兩者通過BNC線連接起來，然后將連續(xù)數據采集模塊通過USB線和計算機連接將傳感器信號輸入計算機；當采用文件輸入時，程序從指定的文件中讀取數據進行分析。
分析過程是首先對任務進行參數設置，參數設置包括信號分析參數設置，主要包括頻譜分析和相干性分析時窗函數的選擇，平均方式及其對應參數的設置，倍頻程分析中平均方式和計權窗函數的選擇以及指數平均的參數設置。參數設置還包括時間參數設置，其用于設置輸入信號幀的長度；硬件輸入方式時，需要對錄制保存的時域信號所在文件命名，如果是文件輸入方式，需要指定讀取文件的位置；選擇是否需要對傳感器進行校準，對傳感器進行校準的方法是校準方法為開始新任務后選擇硬件輸入方式，通過標準傳感參數比較方式(可以通過標準量內存方式與新的傳感器校準定標等方式)，在彈出的對話框中選擇是否需要對傳感器校準，如果需要校準則按照提示一步一步操作則可完成校準過程，校準后的傳感器靈敏度將在界面上顯示出來。
輸入信號的分析結果包括信號時域波形，信號頻譜分析，信號倍頻程分析，信號相干性分析等；如果輸入的是振動信號，則還可以對此信號進行振動測量。如果需要環(huán)境噪聲監(jiān)測，可以啟動環(huán)境噪聲監(jiān)測模塊，環(huán)境噪聲監(jiān)測模塊主要包括時間計權聲級、時間平均聲級、聲暴露量、統計聲級的測量和24小時自動監(jiān)測功能。
基于計算機軟件處理的多通道噪聲與振動測試系統，包括麥克風或者加速度計構成的傳感器和數據采集模塊構成連續(xù)數據采集模塊，通過BNC線連接起來，然后將連續(xù)數據采集模塊通過USB線和計算機連接將傳感器信號輸入計算機；所述數據采集模塊包括放大電路(常用運放電路)和D/A采集模塊構成。亦可采用專用數據采集模塊。此模塊有四個BNC輸入接口，一個輸出接口，通過USB數據線與計算機相連。具有傳輸速率快、干擾信號小、動態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點。
本發(fā)明的特點是提供了一種基于計算機軟件處理的噪聲與振動測試系統，本發(fā)明采集系統具有極好的工作可靠性，集成了諸多分析功能，并同時可以處理硬件輸入和文件輸入，將儀器虛擬化，降低了成本，并且體積小，重量輕，功能強大且擴展空間大，穩(wěn)定性好。本發(fā)明的硬件輸入具有極可靠轉換成數字信號輸入下面將結合附圖對具體實施方法進行詳細說明。


圖1為IEPE傳感器與數據采集模塊的連接2為數據采集模塊一個通道的內部電路3為整個測試過程的流程圖具體實施方式
圖1IEPE傳感器與數據采集模塊的連接圖中IEPE傳感器指壓感式傳感器。
圖2所示數據采集模塊包括運放電路和D/A采集模塊構成，傳感器和數據采集模塊之間設有運算放大器和濾波器，濾波器是在運放的輸入端并聯電阻和串聯電容。運放的同相輸入端連接的恒流源，一般采用150±100mA；反相輸入端與地之間串聯一50歐的電阻。
本發(fā)明的硬件部分還包括將一個數據采集模塊連接的計算機，數據采集模塊不對信號進行分析，所有的分析過程都由計算機中的軟件處理。
該方法包括以下步驟(1)將傳感器與數據采集模塊連接，然后將數據采集模塊和計算機連接，確保硬件工作正常；如果采用事后分析功能，本步驟可以取消；(2)運行測試軟件，進行測試前的參數配置，包括傳感器類型選擇以及分析參數設置等；(3)開始采集數據并實時分析采集到的信號，同時可保存分析得到的數據；支持在線調用分析任務；(4)結束，退出程序或開始一個新任務。
如圖3所示，噪聲與振動測試過程分為兩部分。第一部分為輸入信號，有兩種信號輸入方式硬件輸入和文件輸入，分別對應于步驟10和步驟11，硬件輸入方式用于實時分析信號，而文件輸入方式用于信號事后分析。當采用硬件輸入方式時，首先將傳感器(麥克風或者加速度計)和數據采集模塊通過BNC線連接起來，然后將數據采集模塊通過USB線和計算機連接起來，最后進行硬件自檢，確保硬件正常工作；當采用文件輸入時，這時不需要將數據采集模塊和計算機相連，程序會自動從指定的文件中讀取數據。
第二部分為軟件處理部分。本發(fā)明的軟件處理模塊集成了下述分析和測量模塊信號時域波形分析，信號頻譜分析，信號倍頻程分析，信號相干性分析，振動測量和環(huán)境噪聲監(jiān)測模塊。
步驟12為初始動作，由此開始一個新任務。步驟13對此任務進行參數設置，包括傳感器類型的選擇麥克風或者加速度計。如果是硬件輸入方式時，需要對錄制保存的時域信號所在文件命名，如果是文件輸入方式，需要指定讀取文件的位置，并且可以設置從文件的哪部分開始讀取數據。參數設置還包括信號分析的一些參數設置，主要包括頻譜分析和相干性分析時窗函數的選擇，平均方式及其對應參數的設置，倍頻程分析中平均方式和計權窗函數的選擇以及指數平均的參數設置。其他的如時間參數設置，可以設置輸入信號幀的長度。也可以直接調用以前的配置記錄文件來對這些參數進行設定，所有參數設定結束后，選擇是否需要對傳感器進行校準，正常情況下，每次使用該系統之前都需要對傳感器進行校準。
步驟14對輸入的信號進行分析，包括觀察信號時域波形，信號頻譜分析，信號倍頻程分析，信號相干性分析。如果輸入的是振動信號，則還可以對此信號進行振動測量。如果需要環(huán)境噪聲監(jiān)測，可以啟動環(huán)境噪聲監(jiān)測模塊，環(huán)境噪聲監(jiān)測模塊主要包括時間計權聲級、時間平均聲級、聲暴露量、統計聲級的測量和24小時自動監(jiān)測功能。
在信號分析過程中，可以暫停任務，然后將分析結果保存為標準的excel文件或者是圖像。步驟15是信號分析過程中，可以選擇性的分配分析任務以節(jié)約硬件資源。例如通道1當前的分析任務有頻譜分析和倍頻程分析，這時可以在程序運行的過程中關閉頻譜分析功能，這時就僅對通道1的信號進行倍頻程分析，以提高數據處理速度。
步驟16結束當前測試任務。當需要從新開始一個新的測試任務時，重復步驟12即可。否則可以由步驟18結束程序。完成所有的測試任務。
權利要求
1.一種基于計算機軟件處理的多通道噪聲與振動測試方法，其特征是設有兩種信號輸入方式即硬件輸入和文件輸入，分別對應于用于實時分析信號的硬件輸入方式，用于信號事后分析的文件輸入方式；當采用硬件輸入方式時，首先將傳感器(麥克風或者加速度計)和數據采集模塊構成連續(xù)數據采集模塊，通過BNC線連接起來，然后將連續(xù)數據采集模塊通過USB線和計算機連接將傳感器信號輸入計算機；當采用文件輸入時，程序從指定的文件中讀取數據進行分析；分析過程是首先對任務進行參數設置，參數設置包括信號分析參數設置，主要包括頻譜分析和相干性分析時窗函數的選擇，平均方式及其對應參數的設置，倍頻程分析中平均方式和計權窗函數的選擇以及指數平均的參數設置；參數設置還包括時間參數設置，用于設置輸入信號幀的長度；硬件輸入方式時，需要對錄制保存的時域信號所在文件命名，如果是文件輸入方式，需要指定讀取文件的位置。
2.根據權利要求1所述的基于計算機軟件處理的多通道噪聲與振動測試方法，其特征是分析時對傳感器進行校準的方法是通過標準傳感參數比較方式，校準方法為開始新任務后選擇硬件輸入方式，在彈出的對話框中選擇是否需要對傳感器校準。
3.基于計算機軟件處理的多通道噪聲與振動測試系統，其特征是包括麥克風或者加速度計構成的傳感器和數據采集模塊構成連續(xù)數據采集模塊，通過BNC線連接起來，然后將連續(xù)數據采集模塊通過USB線和計算機連接將傳感器信號輸入計算機；所述數據采集模塊包括運放電路和D/A采集模塊構成，傳感器和數據采集模塊之間設有運算放大器和濾波器，濾波器是在運放的輸入端并聯電阻和串聯電容。
4.根據權利要求3所述的基于計算機軟件處理的多通道噪聲與振動測試系統，其特征是運放的同相輸入端連接的恒流源；反相輸入端與地之間串聯一50歐的電阻。
全文摘要
基于計算機軟件處理的多通道噪聲與振動測試方法，有兩種信號輸入方式即硬件輸入和用于信號事后分析的文件輸入方式；當采用硬件輸入方式時，首先將傳感器和數據采集模塊構成連續(xù)數據采集模塊，通過BNC線連接起來，然后將連續(xù)數據采集模塊通過USB線和計算機連接將傳感器信號輸入計算機；當采用文件輸入時，程序從指定的文件中讀取數據進行分析；分析過程是首先對任務進行參數設置，參數設置包括信號分析參數設置，主要包括頻譜分析和相干性分析時窗函數的選擇，平均方式及其對應參數的設置，倍頻程分析中平均方式和計權窗函數的選擇以及指數平均的參數設置；硬件輸入方式時，需要指定讀取文件的位置。
文檔編號G01H17/00GK101021435SQ200710021058
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權日2007年3月23日
發(fā)明者黃華華, 鄒海山, 邱小軍, 李寧榮 申請人:南京大學