专利名称：多通道噪声与振动的测试方法与测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及噪声与振动的采集、分析系统，特别涉及一种由计算机软件进行数据处理、便携式、动态范围宽、稳定性能好的噪声与振动测试方法与系统。
背景技术：
噪声与振动测试是环境噪声与振动污染评估、选择控制措施的重要依据。噪声与振动测试系统是噪声与振动的测试中重要组成部分，广泛应用于噪声研究以及环境监测等场合。
现有的测试方法包括时域信号测试和观察。将噪声或振动信号波形显示出来，直观地观察信号的变化。频谱分析。将信号进行频谱分析，得到其频谱信息，即信号在某一频率点的幅度和相位值。包括单通道的自谱分析和双通道的互谱分析。主要应用于噪声测试。倍频程分析。将信号进行倍频程或三分之一倍频程分析，得到其在各个频段范围内的幅值，以及全频带的总值。可以添加适当的计权网络。主要应用于噪声测试。相干性分析。对其中两个通道的信号进行相干性分析。主要应用于噪声测试。振动测试。对输入的振动信号进行1至80Hz的三分之一倍频程分析，包括横向振动和纵向振动的测试。
噪声测量模块。主要用于环境噪声监测，包括测量时间计权声级的常规声级计、测量时间平均声级的积分平均声级计和测量声暴露级的积分声级计的功能。另外还包括24小时自动监测功能。
目前市场上的噪声与振动系统有些功能有限，有些功能全但成本高，体积大，不方便用于野外测试等。本发明提供了一种由计算机软件进行数据处理、功能全、成本低、体积小、重量轻、稳定性好的测试系统的实现方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前噪声与振动测试系统功能不集中、体积大、重量大、价格昂贵等缺点，提供一种新的多通道噪声与振动测试系统，集成多种测试功能，综合多种分析方法，在保证功能强大的同时，具有体积小，重量轻，成本低，稳定性能好等优点。
为实现本发明目的，本发明提供了一种基于计算机软件处理的多通道噪声与振动测试方法和测试系统，本发明方法是设有两种信号输入方式即硬件输入和文件输入，分别对应于用于实时分析信号的硬件输入方式，用于信号事后分析的文件输入方式；当采用硬件输入方式时，首先将传感器(麦克风或者加速度计)和数据采集模块构成连续数据采集模块，两者通过BNC线连接起来，然后将连续数据采集模块通过USB线和计算机连接将传感器信号输入计算机；当采用文件输入时，程序从指定的文件中读取数据进行分析。
分析过程是首先对任务进行参数设置，参数设置包括信号分析参数设置，主要包括频谱分析和相干性分析时窗函数的选择，平均方式及其对应参数的设置，倍频程分析中平均方式和计权窗函数的选择以及指数平均的参数设置。参数设置还包括时间参数设置，其用于设置输入信号帧的长度；硬件输入方式时，需要对录制保存的时域信号所在文件命名，如果是文件输入方式，需要指定读取文件的位置；选择是否需要对传感器进行校准，对传感器进行校准的方法是校准方法为开始新任务后选择硬件输入方式，通过标准传感参数比较方式(可以通过标准量内存方式与新的传感器校准定标等方式)，在弹出的对话框中选择是否需要对传感器校准，如果需要校准则按照提示一步一步操作则可完成校准过程，校准后的传感器灵敏度将在界面上显示出来。
输入信号的分析结果包括信号时域波形，信号频谱分析，信号倍频程分析，信号相干性分析等；如果输入的是振动信号，则还可以对此信号进行振动测量。如果需要环境噪声监测，可以启动环境噪声监测模块，环境噪声监测模块主要包括时间计权声级、时间平均声级、声暴露量、统计声级的测量和24小时自动监测功能。
基于计算机软件处理的多通道噪声与振动测试系统，包括麦克风或者加速度计构成的传感器和数据采集模块构成连续数据采集模块，通过BNC线连接起来，然后将连续数据采集模块通过USB线和计算机连接将传感器信号输入计算机；所述数据采集模块包括放大电路(常用运放电路)和D/A采集模块构成。亦可采用专用数据采集模块。此模块有四个BNC输入接口，一个输出接口，通过USB数据线与计算机相连。具有传输速率快、干扰信号小、动态范围大、体积小和重量轻等优点。
本发明的特点是提供了一种基于计算机软件处理的噪声与振动测试系统，本发明采集系统具有极好的工作可靠性，集成了诸多分析功能，并同时可以处理硬件输入和文件输入，将仪器虚拟化，降低了成本，并且体积小，重量轻，功能强大且扩展空间大，稳定性好。本发明的硬件输入具有极可靠转换成数字信号输入下面将结合附图对具体实施方法进行详细说明。
图1为IEPE传感器与数据采集模块的连接2为数据采集模块一个通道的内部电路3为整个测试过程的流程图具体实施方式
图1IEPE传感器与数据采集模块的连接图中IEPE传感器指压感式传感器。
图2所示数据采集模块包括运放电路和D/A采集模块构成，传感器和数据采集模块之间设有运算放大器和滤波器，滤波器是在运放的输入端并联电阻和串联电容。运放的同相输入端连接的恒流源，一般采用150±100mA；反相输入端与地之间串联一50欧的电阻。
本发明的硬件部分还包括将一个数据采集模块连接的计算机，数据采集模块不对信号进行分析，所有的分析过程都由计算机中的软件处理。
该方法包括以下步骤(1)将传感器与数据采集模块连接，然后将数据采集模块和计算机连接，确保硬件工作正常；如果采用事后分析功能，本步骤可以取消；(2)运行测试软件，进行测试前的参数配置，包括传感器类型选择以及分析参数设置等；(3)开始采集数据并实时分析采集到的信号，同时可保存分析得到的数据；支持在线调用分析任务；(4)结束，退出程序或开始一个新任务。
如图3所示，噪声与振动测试过程分为两部分。第一部分为输入信号，有两种信号输入方式硬件输入和文件输入，分别对应于步骤10和步骤11，硬件输入方式用于实时分析信号，而文件输入方式用于信号事后分析。当采用硬件输入方式时，首先将传感器(麦克风或者加速度计)和数据采集模块通过BNC线连接起来，然后将数据采集模块通过USB线和计算机连接起来，最后进行硬件自检，确保硬件正常工作；当采用文件输入时，这时不需要将数据采集模块和计算机相连，程序会自动从指定的文件中读取数据。
第二部分为软件处理部分。本发明的软件处理模块集成了下述分析和测量模块信号时域波形分析，信号频谱分析，信号倍频程分析，信号相干性分析，振动测量和环境噪声监测模块。
步骤12为初始动作，由此开始一个新任务。步骤13对此任务进行参数设置，包括传感器类型的选择麦克风或者加速度计。如果是硬件输入方式时，需要对录制保存的时域信号所在文件命名，如果是文件输入方式，需要指定读取文件的位置，并且可以设置从文件的哪部分开始读取数据。参数设置还包括信号分析的一些参数设置，主要包括频谱分析和相干性分析时窗函数的选择，平均方式及其对应参数的设置，倍频程分析中平均方式和计权窗函数的选择以及指数平均的参数设置。其他的如时间参数设置，可以设置输入信号帧的长度。也可以直接调用以前的配置记录文件来对这些参数进行设定，所有参数设定结束后，选择是否需要对传感器进行校准，正常情况下，每次使用该系统之前都需要对传感器进行校准。
步骤14对输入的信号进行分析，包括观察信号时域波形，信号频谱分析，信号倍频程分析，信号相干性分析。如果输入的是振动信号，则还可以对此信号进行振动测量。如果需要环境噪声监测，可以启动环境噪声监测模块，环境噪声监测模块主要包括时间计权声级、时间平均声级、声暴露量、统计声级的测量和24小时自动监测功能。
在信号分析过程中，可以暂停任务，然后将分析结果保存为标准的excel文件或者是图像。步骤15是信号分析过程中，可以选择性的分配分析任务以节约硬件资源。例如通道1当前的分析任务有频谱分析和倍频程分析，这时可以在程序运行的过程中关闭频谱分析功能，这时就仅对通道1的信号进行倍频程分析，以提高数据处理速度。
步骤16结束当前测试任务。当需要从新开始一个新的测试任务时，重复步骤12即可。否则可以由步骤18结束程序。完成所有的测试任务。
权利要求
1.一种基于计算机软件处理的多通道噪声与振动测试方法，其特征是设有两种信号输入方式即硬件输入和文件输入，分别对应于用于实时分析信号的硬件输入方式，用于信号事后分析的文件输入方式；当采用硬件输入方式时，首先将传感器(麦克风或者加速度计)和数据采集模块构成连续数据采集模块，通过BNC线连接起来，然后将连续数据采集模块通过USB线和计算机连接将传感器信号输入计算机；当采用文件输入时，程序从指定的文件中读取数据进行分析；分析过程是首先对任务进行参数设置，参数设置包括信号分析参数设置，主要包括频谱分析和相干性分析时窗函数的选择，平均方式及其对应参数的设置，倍频程分析中平均方式和计权窗函数的选择以及指数平均的参数设置；参数设置还包括时间参数设置，用于设置输入信号帧的长度；硬件输入方式时，需要对录制保存的时域信号所在文件命名，如果是文件输入方式，需要指定读取文件的位置。
2.根据权利要求1所述的基于计算机软件处理的多通道噪声与振动测试方法，其特征是分析时对传感器进行校准的方法是通过标准传感参数比较方式，校准方法为开始新任务后选择硬件输入方式，在弹出的对话框中选择是否需要对传感器校准。
3.基于计算机软件处理的多通道噪声与振动测试系统，其特征是包括麦克风或者加速度计构成的传感器和数据采集模块构成连续数据采集模块，通过BNC线连接起来，然后将连续数据采集模块通过USB线和计算机连接将传感器信号输入计算机；所述数据采集模块包括运放电路和D/A采集模块构成，传感器和数据采集模块之间设有运算放大器和滤波器，滤波器是在运放的输入端并联电阻和串联电容。
4.根据权利要求3所述的基于计算机软件处理的多通道噪声与振动测试系统，其特征是运放的同相输入端连接的恒流源；反相输入端与地之间串联一50欧的电阻。
全文摘要
基于计算机软件处理的多通道噪声与振动测试方法，有两种信号输入方式即硬件输入和用于信号事后分析的文件输入方式；当采用硬件输入方式时，首先将传感器和数据采集模块构成连续数据采集模块，通过BNC线连接起来，然后将连续数据采集模块通过USB线和计算机连接将传感器信号输入计算机；当采用文件输入时，程序从指定的文件中读取数据进行分析；分析过程是首先对任务进行参数设置，参数设置包括信号分析参数设置，主要包括频谱分析和相干性分析时窗函数的选择，平均方式及其对应参数的设置，倍频程分析中平均方式和计权窗函数的选择以及指数平均的参数设置；硬件输入方式时，需要指定读取文件的位置。
文档编号G01H17/00GK101021435SQ200710021058
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月23日 优先权日2007年3月23日
发明者黄华华, 邹海山, 邱小军, 李宁荣 申请人:南京大学