一种用于多方向测试高铁噪声的mems传声器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于噪音检测技术领域，具体涉及一种用于多方向测试高铁噪声的MEMS 传声器及方法。
【背景技术】
[0002] 高铁机车所产生的噪音会严重影响高铁乘客的舒适度。长时间处于噪音环境下容 易导致听力损害。因此对噪声信号的监测和分析对于防范噪音提高乘客舒适度有着重要的 意义。同时由于高铁噪音信号的周期性，传统的噪声测试仪一般采用人工定点测量来获得 某一时段的噪声数据，该方法存在着较大的局限性，主要表现在：①常采用人工的方式控制 传感器来采集信号，无法根据噪声的分贝来灵活控制传感器采集需要的噪声信号；②无法 在采集噪声信号的同时，给予报警或者传感器工作状态等实时信息，以便于判断当前噪声 的大小；③无法方便自由地调整噪音测量方向。
[0003] MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。利用MEMS 传感器技术制造的硅传声器具有较好的声学性能，同时在耐高温，可靠性，均匀性，功耗，以 及尺寸设计上有着很大的灵活度。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于多方向测试高铁噪声的MEMS传 声器及方法。
[0005] 本发明的技术方案：
[0006] -种用于多方向测试高铁噪声的MEMS传声器，包括多方向调整器、MCU、声音传感 器、信号放大电路、采样电路、TF卡、光电显示与报警电路和电源模块；其中声音传感器的 输出端连接信号放大电路的输入端，信号放大电路的输出端连接采样电路的输入端，采样 电路的输出端连接到MCU，MCU同时还与TF卡、光电显示与报警电路和电源模块相连接；
[0007] 该MEMS传声器包括两种电路板形式，第一种形式:MCU、声音传感器、信号放大电 路、采样电路、TF卡光电显示与报警电路和电源模块集成在一块电路板上；电源模块用于 为电路板上的所有部件供电，该电路板固定封装在所述多方向调整器的扁平球形壳体内 部；
[0008] 第二种形式：MCU、声音传感器、信号放大电路和采样电路集成在第一块电路板上， 且第一块电路板封装固定在上半球内的球顶处或下半球内的球顶处；TF卡、光电显示与报 警电路、电源模块集成在第二块电路板上，且相应地第二块电路板封装固定在下半球内的 球顶处或者上半球内的球顶处；第一块电路板和第二块电路板之间通过一条柔性排线连 接；电源模块用于为第一块电路板和第二块电路板上的所有部件供电。
[0009] 所述多方向调整器包括半球形基座体、环形套盖体和用于对电路板进行封装固定 的扁平球形壳体；所述扁平球形壳体由固定连接的两部分构成，分别定义为上半球和下半 球，上、下半球的顶部均为扁平状；扁平球形壳体设置在半球形基座体上，环形套盖体套过 该扁平球形壳体上端与半球形基座体固定连接，且扁平球形壳体上端部显露在环形套盖体 外部，该显露在环形套盖体外部的扁平球形壳体上端部作为手持端，用于手工扭转扁平球 形壳体，扁平球形壳体在扭转力的作用下可以在半球形基座体内任意滑动调整，实现扁平 球形壳体内的声音传感器的噪声信号测试方向与感兴趣噪声测点方向一致，从而可以实现 从多个方向测试高铁噪声的目的；
[0010] 所述显露在环形套盖体外部的扁平球形壳体上端部设置一能够使噪声进入扁平 球形壳体内部的长方形孔；进一步地，在该长方形孔上安装有用于避免噪声测试中较大风 速干扰的防风保护片；
[0011] 进一步地在所述环形套盖体上设置有螺钉结构形式的卡具，该卡具从环形套盖体 外侧穿入环形套盖体内并与扁平球形壳体直接刚性接触；
[0012] 更进一步地，所述半球形基座体的底面安装有强力磁体，同时，基座体底部还设置 了螺纹孔；当待测噪声位置附近的选定结构为铁质材料时，通过磁力吸附的方法将半球形 基座体固定连接在选定结构的表面上；当待测机构为非铁质材料时，利用半球形基座体底 部设置的螺纹孔通过螺柱将半球形基座体固定在选定结构表面上。
[0013] 又进一步地，所述半球形基座体的底部还安装滑道，该滑道可与无损贴片配合，通 过在无损贴片底面涂覆胶水的方式，将半球形基座体固定在选定结构表面上。
[0014] 采用所述的用于多方向测试高铁噪声的MEMS传声器的方法，包括如下步骤：
[0015] 步骤1 :根据噪声信号测试的需要，在需要测试噪声信号的附近区域将一个或者 多个传声器布置在预先确定的一个或者多个测点上；
[0016] 步骤2:通过多方向调整器对传声器进行调整，使传声器的测试方向与感兴趣噪 声测点方向一致；
[0017] 步骤3 :声音传感器将声音信号转化为模拟电信号，然后通过信号放大电路将该 模拟电信号放大，最后通过采样电路将电信号转化为数字电信号并将该数字电信号数据通 过12C总线传送给MCU ;
[0018] 步骤3-1 :在第一次给该传声器上电时，首先MCU对其外设进行初始化和复位工 作，然后通过Mailbox命令将声音传感器从深睡眠状态唤醒；
[0019] 步骤3-2 :MCU通过触发START信号给I2C总线表示开始数据的传输；
[0020] 步骤4 :MCU实时将接收到的噪声数字电信号数据与预设的阈值进行对比，并根据 对比结果，将相应噪声等级的噪声信号过滤出来作为待存储噪声信号；
[0021] 步骤4-1 :由于高铁的噪音信号具有很强的突发性和瞬时性，在特定时间段内又 具有一定的周期性，关注超过某一个设定值的噪音信号才有意义，而无需记录低于设定值 对应时刻的噪音信号。在MCU中预先设定两个噪声阈值：听力不适噪音阀值和听力损伤噪 音阀值；
[0022] 步骤4-2 :MCU将接收到的噪声数字电信号数据与预设的听力不适噪音阀值和听 力损伤噪音阀值进行对比，若当前的高铁机车噪声信号大于等于听力不适噪音阀值且小于 阈值听力损伤噪音阀值时，则将当前的噪声信号进行采集和存储，以便于进一步的分析和 监测；若当前的高铁机车噪声信号小于听力不适噪音阀值，则不需对当前的噪声信号进行 采集和存储；若当前的高铁机车噪声信号大于等于听力损伤噪音阀值，则需对当前的噪声 信号进行采集和存储，以便后续采用降噪措施进行改进；
[0023] 步骤5 :MCU对待存储噪声信号进行滤波处理后，将数据发送给TF卡进行存储；
[0024] 步骤5-1 :MCU首先将I2C总线上的数据存到缓存队列中，之后对缓存队列中的数 据进行滤波处理；
[0025] 步骤5-2 :滤波后的数据会被写入TF卡数据暂存区，TF卡数据处理函数根据智能 切分算法将数据分割后，按采集时间命名成多个大小合适的文件；
[0026] 步骤5-3 :TF卡根据加密算法将分割后的数据加密并对数据进行压缩后存储到上 述各个文件中；
[0027] 步骤5-4 :TF卡读写函数会实时将分割后的文件，通过SPI总线写入系统初始化时 建立好的文件系统中，以便于上位机对数据做进一步的分析和处理。
[0028] 有益效果：本发明在新型MEMS传声器的基础上，提出的一种用