基于DSP的声强测量研究

论文摘要

声强测量是声学领域中的一种重要测量技术,广泛应用于声功率测量、声源方向测定、环境噪声监测以及机器故障诊断等方面。目前国内的声强测量系统普遍采用“声强探头+信号调理电路+数据采集卡+计算机”的技术方案,价格昂贵、不易携带,严重制约了声强测量技术在声学测量领域的进一步应用。为了解决上述问题,本文在衡阳衡仪电气有限公司委托开发项目“声强测量仪研发”的支持下,开展声强测量方法研究,在此基础上,研制了一款基于DSP的便携式声强测量仪。本文主要开展如下四方面的研究工作:（1）对比分析各种声强测量方法的优缺点,着重介绍本文所采用的频域p-p法测量声强的原理,并给出了该方法的数字化的实现过程;（2）对比分析频率计权的数字滤波器和FFT的两种实现方法,给出了各自的适用场合;（3）通过对现有的倍频程分析方法——时域带通滤波器组算法和定采样FFT算法进行分析,发现上述方法均存在运算量大、实时性差以及低频段误差较大等缺陷,难以满足声强测量仪对倍频程分析的测量精度和实时性的要求。因此,本文提出了一种基于多采样率的FFT倍频程分析算法,提高了系统的实时性和低频段的测量精度;（4）构建了“双传声器探头+信号调理电路+PCM1804+DSP（TMS320C6748）”硬件平台,给出了基于SYS/BIOS的声强测量软件设计流程,完成了声强测量仪设计。本文设计的声强测量仪具有声强级测量、声压级测量、倍频程分析等功能,通过对测量任务合理划分,可实现高精度的实时测量分析。实验测试结果表明,A频率计权声强级满足国家计量检定规程JJG 992-2004对1级声强仪检定要求,多采样率的FFT倍频程分析性能符合国家标准GB/T 3241-2010对1级倍频程滤波器的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1.绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外声强测量技术的研究现状
•   1.3 课题来源与本文研究内容
• 2.声强测量的原理
•   2.1 噪声测量概述
•     2.1.1 声压与声压级
•     2.1.2 声强与声强级
•     2.1.3 频率计权
•     2.1.4 倍频程分析
•   2.2 声强测量的原理及实现方法
•     2.2.1 p-u法测量声强
•     2.2.2 p-p法测量声强
•   2.3 双传声器探头
• 3.声强测量中的关键算法设计与实现
•   3.1 频率计权的设计与实现
•     3.1.1 频率计权的原理
•     3.1.2 基于数字滤波器的频率计权
•     3.1.3 基于FFT的频率计权
•   3.2 窗函数的选择
•   3.3 基于FFT的声压级与声强级的数字化实现
•     3.3.1 基于FFT的声压级的数字化实现
•     3.3.2 基于FFT的声强级的数字化实现
•   3.4 传统的倍频程分析方法
•     3.4.1 时域带通滤波器组的倍频程算法分析
•     3.4.2 定采样的FFT倍频程算法分析
•   3.5 基于多采样率的FFT倍频程算法分析及设计
•     3.5.1 以因子D抽取
•     3.5.2 算法原理
•     3.5.3 抽取因子D的确定及频段的划分
•     3.5.4 抗混叠滤波器的设计及数字化实现
•     3.5.5 时间复杂度优化
•     3.5.6 倍频程性能仿真验证
• 4.基于DSP的声强测量仪的硬件设计
•   4.1 声强测量仪硬件设计概述
•   4.2 数据采集单元设计
•     4.2.1 双传声器输出
•     4.2.2 运算放大器的选型
•     4.2.3 模数转换器的选型
•     4.2.4 信号调理电路
•     4.2.5 ADC外围电路设计
•   4.3 信息处理单元设计
•     4.3.1 DSP与ADC的接口电路设计
•     4.3.2 DSP的最小系统
•   4.4 电源单元设计
•     4.4.1 正负9V电源设计
•     4.4.2 5V电源设计
•     4.4.3 3.3V电源设计
• 5.基于SYS/BIOS的声强测量仪的软件设计
•   5.1 SYS/BIOS简介
•   5.2 基于SYS/BIOS系统软件设计
•     5.2.1 主程序模块
•     5.2.2 系统初始化模块
•     5.2.3 数据处理模块
•   5.3 系统实验
•     5.3.1 A频率计权实验
•     5.3.2 倍频程分析实验
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士期间参与的项目与撰写的学术论文
• 附录B 基于DSP声强测量仪实物图
• 附录C 基于DSP声强测量仪的测试平台

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周昊

导师: 林海军

关键词: 声强测量,倍频程分析,多采样率,算法,噪声实时分析

来源: 湖南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 湖南师范大学

分类号: O42;TP311.52

总页数: 80

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