一种用于地铁环境振动与噪声联合测试的方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城市轨道交通的振动和噪声环境监测领域，提出一种用于地铁环境振 动与噪声联合测试的方法与系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国社会经济的发展，地铁交通系统迅猛发展，在带来便利的同时，其运行引 起的环境振动和噪声等问题也日益突出，对周边人群的日常生活和工作带来一定困扰，甚 至影响到人体健康。对城市地铁运行引起的环境振动和噪声分析评价成为了近几年的研究 热点，传统的评价方式只是以单一的振动或噪声作为评价参考量，无法全面、准确的分析评 价地铁运行引起的工程以及环境问题。
【发明内容】
[0003] 针对以上不足，本发明的目的在于提供一种用于地铁环境振动与噪声联合测试的 方法与系统，通过该可以灵活快速的获取地铁环境下的振动和噪声水平，实现地铁周边环 境的测评，为地铁周边区域的振动与噪声污染情况调查以及防震减噪工作提供便利。
[0004] 为达成上述目的，本发明的技术步骤如下：一种用于地铁环境振动与噪声联合测 试的方法与系统；通过在地铁周边选定测区内布设一组无线节点，获取地铁周边环境振动 与噪声的数据，各节点通过BNC接口现场配备振动加速度及噪声或声级传感器，采集的加 速度及声压数据通过节点内嵌DSP芯片换算为环境评价中计权振级和声级；所有无线节点 共在一个无线传感网络内，通过内部时钟完成时间同步，完成一次测试后，所有的测试数据 及处理结果均无线传输至与一组无线节点连接的基站并最终存储在PC端；无线节点采用 基于Zigbee通信的无线节点；
[0005] a.根据现场情况布设节点，将振动与噪声传感器通过BNC接口与节点连接；基于 Zigbee通信技术，采用节点、基站、PC组成的无线传感网络，调节采样频率、采样时长，节点 时间同步；其中，振动加速度传感器需紧密固定在测试区域的地板上，噪声传感器则需悬挂 于测区地板之上1.2m处；
[0006] b.节点数据采集与处理：终端传感器采集的振动及噪声模拟信号先通过节点内 置的信号放大器（0P2177运算放大器）进行信号放大；再进入低通滤波器（MAX29X系列） 进行滤波；然后模拟信号通过ADC电路（AD7766芯片）转为数字信号，再由内嵌DSP芯片 (TMS320F28335芯片）完成数据的转换处理（加速度传感器信号转换为计权振级、噪声传感 器转换成声级（计权声级）。
[0007] 其中，振动加速度转换为计权振级的公式如下：
[0009] 式中，a。为基准加速度，取值10 6m/s2;aw为计权加速度均方根，代表一定时间内计 权加速度的有效值，用公式表示为：
[0011] 式中，B1对应三分之一倍频乘各中心频率的加速度；Wl为各中心频率加速度计权 因子，参考IS02631-1997,公式如下：
[0015] 式中，P。为基准加速度，取值2X10 5m/s2;P为测试所得的声压值。
[0016] 计算所得的声压级Lp代入IS0226 - 2003规定的等响曲线内的40方曲线即可得 至IjA声级，记为Lae。
[0017]c.数据存储及结果输出：完成一次数据采集后，处理后的数据经由无线传输协议 传到基站，再经由基站转存到PC端。
[0018] 每一个节点均可通过BNC接口连接振动加速度传感器及声压传感器，同时采集现 场振动加速度（m/s2)及噪声声压数据（Pa)。
[0019] 通过对无线节点嵌入DSP芯片编程，可将数据在节点内部直接换算为环境评价中 常用的计权振级（dB)和A计权声级（dB)。
[0020] -种用于地铁环境振动与噪声联合测试的系统，其特征是利用Zigbee无线传输 协议自组无线传感网络，整个系统包括一组终端节点、基站、PC组成基于Zigbee通信的无 线传感网络，各节点均由内部时钟完成时间同步；每一个节点均可由BNC接口连接振动加 速度传感器及声压传感器，同时采集振动加速度及声压级数据，振动加速度传感器需紧密 固定在测试区域的地板上，噪声传感器则需悬挂于测区地板之上I. 2m处；将振动与噪声传 感器通过BNC接口与节点连接；
[0021] 各节点通过BNC接口现场配备振动加速度及噪声或声级传感器，采集的加速度及 声压数据通过节点内嵌DSP芯片换算为环境评价中计权振级和声级；所有的测试数据及处 理结果均无线传输至与一组无线节点连接的基站并最终存储在PC端；
[0022] 终端节点的传感器采集的振动及噪声模拟信号先通过节点内置的信号放大器 0P2177运算放大器进行信号放大；再进入低通滤波器（MAX29X系列）进行滤波；然后模拟 信号通过ADC电路（AD7766芯片）转为数字信号，再由内嵌DSP芯片（TMS320F28335芯片） 完成数据的转换处理（加速度传感器信号转换为计权振级、噪声传感器转换成声级（计权 声级）。
[0023] 节点内各模块均采用低功耗的微型电子元件（0P2177信号放大器、MAX29X系列8 阶低通开关电容滤波器、AD7766电路、TMS320F28335芯片），易于安装，更换快捷。节点内 置可充电锂电池，满足8小时以上的持续工作。
[0024]由以上本发明的技术方案可知，本发明的有益效果是，与常规测试相比：该发明采 用无线传输方式且节点自配供电单元，避免了现场拉线、布线工作；可同时获取地铁周边振 动加速度和噪声变化数据，并可直接在节点内部换算为环境评价中常用的计权振级和A声 级，避免了繁杂的后期数据处理过程。该发明能够为地铁周边区域的振动与噪声污染情况 调查以及防震减噪工作提供便利。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的系统工作流程图。
[0026] 图2为本发明的系统结构图。
[0027]图3为本发明的无线传感器节点结构图。
[0028] 图4为本发明的节点内部运算流程图。
[0029] 图5为计算实例中节点采集的振动加速度及自处理后的计权振级变化结果。
[0030] 图6为计算实例中节点采集的声压及自处理后的A声级变化结果。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和具体实例对本发明做详细阐述，但本发明的应用范围不限于此。
[0032] 结合图1，地铁运行产生的振动和噪声在附近环境内的传播会影响到周边人群的 工作、生活质量。一般常规的环境测试仅考虑单一的振动或噪声因素，本发明采用一组无线 传感节点布设在目标区域，可同时获取环境的振动与噪声数据，通过节点内部处理可输出 环境的计权振级和A声级，并保存在PC端。获得的结果可供管理部门参考，以便及时对环 境振动及噪声污染进行针对性的控制和治理。
[0033] 结合图2,本发明的系统构成包括一组无线传感器节点、基站和PC端。任一传感器 节点均连接配备振动加速度传感器及声压传感器，可同时采集振动加速度及声压数据，并 在节点内部完成数据的转换计算，在完成测试后，存储在节点内的处理结果可通过无线传 输协议转到基站，可经由基站再进一步存储在PC端。
[0034]结合图3,本发明的无线传感器节点