鄭州大學(xué) 賈家寧

防空兵學(xué)院

鄭州大學(xué) 范文兵

基于聲譜探測(cè)原理的機(jī)房安檢系統(tǒng)研制

鄭州大學(xué) 賈家寧

防空兵學(xué)院

鄭州大學(xué) 范文兵

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜程度的不斷提高，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得格外重要。通常情況下，人們都是采用聽(tīng)，看，摸，聞等人工方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但是這些方法存在著很大的漏洞，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在機(jī)房，封閉機(jī)箱，車(chē)廂和機(jī)房?jī)?nèi)儀器儀表的管理中，實(shí)現(xiàn)少人值守和無(wú)人值守一直是人們所追求的目標(biāo)，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有許多先進(jìn)的技術(shù)手段，比如，攝像頭監(jiān)控，紅外線報(bào)警系統(tǒng)等等，但這些系統(tǒng)往往不能判斷機(jī)器內(nèi)的安全狀況。因此，設(shè)計(jì)一種機(jī)房安檢系統(tǒng)對(duì)于提高機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的安全性有著十分重要的意義。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文，筆者提出利用聲譜探測(cè)的方法加以檢測(cè)，從而根據(jù)機(jī)器發(fā)出的聲音來(lái)判斷機(jī)房?jī)?nèi)儀器是否有異常工作情況。該方法也被稱(chēng)之為“機(jī)器的B超”，它的檢測(cè)范圍覆蓋聲和超聲。

一、聲譜分析技術(shù)

聲譜分析是對(duì)聲波或振動(dòng)進(jìn)行計(jì)算或測(cè)量，以取得關(guān)于它們的組成和能量的頻率分布圖形的技術(shù)。即將聲音（通常指復(fù)合聲）以圖形的方式表示，繪制出不同頻率的振幅，得到的圖形可表示各個(gè)頻率分量對(duì)總體音響的相對(duì)貢獻(xiàn)。因此，只要能夠測(cè)量出噪聲的頻譜特性，就可以區(qū)別出異常情況，從而達(dá)到安檢的目的。

二、機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)器噪聲的分類(lèi)

機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備噪聲一般由機(jī)械噪聲和電子噪聲組成。機(jī)械噪聲是由于機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于部件間的摩擦力，撞擊力或非平衡力，使得機(jī)械部件和殼體等發(fā)聲體產(chǎn)生無(wú)規(guī)律振動(dòng)而輻射出的噪聲，按照聲源的不同，機(jī)器噪音可分為3類(lèi)：空氣動(dòng)力性噪聲，由氣體振動(dòng)產(chǎn)生，如通風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)，噴氣式飛機(jī)和火箭等產(chǎn)生的噪聲；機(jī)械性噪聲，由固體振動(dòng)所產(chǎn)生，如齒輪、軸承和殼體等振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲；電磁性噪聲，由電磁振動(dòng)所產(chǎn)生，如電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)和變壓器等產(chǎn)生的噪聲。

三、基于聲譜探測(cè)原理的機(jī)房噪聲信號(hào)分析

1.聲譜探測(cè)原理。根據(jù)聲譜探測(cè)原理，由傳感器接收各種儀器所發(fā)出的聲音，然后通過(guò)信號(hào)變換和頻譜分析，來(lái)確定正常情況下的時(shí)域和頻域譜線，并設(shè)定幾個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，最后通過(guò)基于DSP（數(shù)字信號(hào)處理）電路建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真和實(shí)際測(cè)試。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

根據(jù)噪聲特點(diǎn)，可從時(shí)域和頻域2方面進(jìn)行分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)采樣進(jìn)行時(shí)域分析發(fā)現(xiàn)，方艙儀表正常工作時(shí)和發(fā)生故障時(shí)波形的幅度變化不明顯，很難準(zhǔn)確判斷是否出現(xiàn)故障，因此，應(yīng)采用頻域進(jìn)行故障分析。頻域分析時(shí)可采用模擬電路分段濾波的方法和進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)處理的方法。模擬電路分段濾波的方法電路如圖2所示。

2.A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)處理方法。為了便于檢測(cè)，半波整流后采用80C196單片機(jī)對(duì)8路半波整流信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。電路由傳感器，前置放大器，8路不同類(lèi)型頻率的濾波器，8路半波整流器，80C196KC，晶振復(fù)位，報(bào)警音響，設(shè)定參數(shù)的鍵盤(pán)和音頻電平顯示器組成。該方法簡(jiǎn)單方便且針對(duì)性強(qiáng)，便于實(shí)驗(yàn)，缺點(diǎn)是使用不靈活，頻譜選擇性差。A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)處理的方法比較靈活并且可以程控選擇頻域，但是算法較復(fù)雜，尤其容易遺漏帶寬較窄的頻域。A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)處理方法拱形如圖3所示。

考慮到音頻信號(hào)一般比較低（16 K以下），利用芯片內(nèi)部A/ D轉(zhuǎn)換即可完成，LPC2132內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率較高，在數(shù)字信號(hào)處理方面也能夠勝任，因此，本文，筆者采用LPC2132處理器，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行頻率變換，為了應(yīng)對(duì)盡可能多的各種情況，需對(duì)噪聲的時(shí)域進(jìn)行幅度監(jiān)測(cè)。針對(duì)不同儀器事先要通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定時(shí)域和頻域的識(shí)別域即上下限，也可由單按鍵觸發(fā)軟件自動(dòng)檢測(cè)最大、最小值并增加一定精度進(jìn)行存儲(chǔ)設(shè)定。