CN102445267A - 一种数字化声学检测系统测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数字化声学检测系统测试方法，包括开始测量时，软件会建立一个以当前时间命名的文件夹，同时在文件夹内创建一个文件，用来保存当前测试项目设置的测试参数及存放测量的所有结果。这个文件保证工程停止时数据的可再现性，并且可以导入到PC机做后续处理。当点击各子模块上开始按钮或者键盘上的开始快捷键后，即为启动一次测量，程序会按照在两个核心之间交换数据。本发明操作方便、检测计算量小，检测效率高、检测精度好。

Description

一种数字化声学检测系统测试方法

技术领域

本发明为基于双核的声级测量系统的测试方法，具体地说是采用数字处理技术，检测各类声学测量项目的方法，可广泛应用于声振信号检测和分析领域内。

背景技术

声学检测系统为声学测量中最基本也是最广泛使用的测量仪器。随着信号理论及大规模集成电路的发展，声学分析仪器功能越来越强，不仅可以同时测量 A、C 频率计权，快（F）、慢（S）时间计权的全部测量，还可以测量倍频程谱和1/3 倍频程谱，动态范围达到 140dB。但这种声学检测系统检测程序复杂、检测计算量大，检测效率低、检测精度差等。

发明内容

本发明的目的是提供一种数字化声学检测系统测试方法。

本发明要解决的是现有声学检测系统检测程序复杂、检测计算量大，检测效率低、检测精度差等的问题。

本发明所述的测试方法包括：先由传声器将声信号转换为电信号，前置电路把电信号进行前置放大，然后通过AD进行模数转换。转换后的信号送入到信号处理器进行信号处理。双通道 AD，可同时采集两路声信号。

界面选择：本发明系统的界面采用开源Qt SDK开发。所述的界面包括主界面，声级测量子界面，FFT分析子界面，频谱分析子界面，采集子界面，校准子界面，设置子界面等构成。

设置子界面用户可以选择频率计权A、C、Z方式，选择时间计权的快、慢和脉冲方式；选择测试模式，如单周期模式、连续模式、连续周期模式。进行FFT分析时用户还能选择FFT的分析时间0.5s、1s、2s、5s，选择加窗类型汉宁窗或契比雪夫窗。

检测：开始测量时，软件会建立一个以当前时间命名的文件夹，同时在文件夹内创建一个文件，用来保存当前测试项目设置的测试参数及存放测量的所有结果。这个文件保证工程停止时数据的可再现性，并且可以导入到 PC 机做后续处理。当点击各子模块上开始按钮或者键盘上的开始快捷键后，即为启动一次测量，程序会按照在两个核心之间交换数据，具体为：   

1）建立本次测量工程文件夹，保存计量参数，并启动双核通信模块软件；

2）初始化AD，双核通信模块初始化；

3）界面通过控制队列发送测量参数及开始消息给双核通信模块；

4）采集数据并计算，双核之间交换信息；

5）界面接收线程接收计算结果，发送给主线程显示并保存为文件格式。

本发明的优点是：本发明的程序操作方便、检测计算量小，检测效率高、检测精度好。

附图说明

图1为发明系统的硬件框架图。

图2 为本发明的双核通信流程图。

图3 为本发明界面功能切换流程图。

具体实施方式

下面结合附图，将对本发明作进一步的说明。

本发明提供的检测系统的硬件框架图如图1所示，该检测系统主要包括传声器、前置电路、AD、双核架构的 OMAPL138处理器、触摸屏，键盘等。前置电路的前置放大器与传声器配合，用来进行阻抗变换和前置放大。所用的前置放大器为AWA14604型ICP前置放大器，它是一种由恒流源供电的前置放大器，具有高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点，它的信号线和电源线合二为一。

OMAPL138处理器包含两个核心，即 ARM 核心和DSP 核心。ARM 核主频高达 300MHz。作为实时分析系统的控制核心，ARM 核心负责数据采集、算法流程控制、操作系统调度、界面显示、文件保存等操作。DSP 核心为主频300MHz 的 TI C674x 系列浮点处理器核，DSP 核心作为协处理器负责算法模块的调用，数据处理并及时将结果返回给 ARM 核做后续处理。 

上述ARM核功耗低、系统响应快；所述的DSP核双精度运算单元对数据处理提供

高精度计算支持。

本发明的软件架构采用嵌入式Linux+DSP BIOS双实时操作系统软件架构，深度定

制Linux操作系统使软件同时运行多个任务，具有更好的扩展性；实时DSP BIOS微内核保证不同算法任务之间无缝切换。DSP端软件分为三层：DSP BIOS 实时内核层、DSP BIOS Link 通信框架层以及算法支持层。 ARM 端软件分为五层：分别为平台驱动层、操作系统层、 DSP BIOS Link通信框架层、算法支持层以及用户界面层。 

本发明所述的测试方法包括：先由传声器将声信号转换为电信号，前置电路把电信号进行前置放大，然后通过AD进行模数转换。转换后的信号送入到信号处理器进行信号处理。根据处理要求，选择界面，界面选择通过与信号处理器连接的触摸屏和键盘实现。双通道 AD，可同时采集两路声信号。

界面选择：本发明系统的界面采用开源Qt SDK开发。所述的界面包括主界面，声级测量子界面，FFT分析子界面，频谱分析子界面，采集子界面，校准子界面，设置子界面等构成。

设置子界面用户可以选择频率计权A、C、Z方式，选择时间计权的快、慢和脉冲方式；选择测试模式，如单周期模式、连续模式、连续周期模式。进行FFT分析时用户还能选择FFT的分析时间0.5s、1s、2s、5s，选择加窗类型汉宁窗或契比雪夫窗。

检测：开始测量时，软件会建立一个以当前时间命名的文件夹，同时在文件夹内创建一个文件，用来保存当前测试项目设置的测试参数及存放测量的所有结果。这个文件保证工程停止时数据的可再现性，并且可以导入到 PC 机做后续处理。当点击各子模块上开始按钮或者键盘上的开始快捷键后，即为启动一次测量，程序会按照在两个核心之间交换数据，具体为：   

1）建立本次测量工程文件夹，保存计量参数，并启动双核通信模块软件；

2）初始化AD，双核通信模块初始化；

3）界面通过控制队列发送测量参数及开始消息给双核通信模块；

4）采集数据并计算，双核之间交换信息；

5）界面接收线程接收计算结果，发送给主线程显示并保存为文件格式。

所述的双核通信模块具体工作流程如下（如图2所示）： 

1) ARM 端与DSP 端分别初始化； 

2) 等待AD采集满一帧数据； 

3) ARM 通知DSP 处理数据； 

4) DSP 将处理结果返回 ARM，ARM 用子线程接收并显示结果； 

5) 重复2-4过程直到收到停止指令； 

6) 后续处理并退出； 

    两个核心之间的同步操作第一次同步出现在步骤3处，当ARM核准备好数据时，会发送同步消息给 DSP 核，通知 DSP 接收数据并调用算法处理，而当ARM 没有发送同步消息时，DSP 核是处于休眠状态，等待 ARM 的同步消息唤醒。第二次同步操作再次发生在步骤4处，DSP核将计算结果返回给ARM核，ARM 调用子线程处理结果数据，并将其显示，其它时间子线程处于休眠状态。 

主界面负责调度其它子功能界面显示，主界面负责全局相关的资源申请分配。其它子界面负责加载各自所需的资源。主界面与各个界面模块采用多线程模式，主线程用来处理用户输入响应、界面实时显示；子线程负责接收需要显示的数据，并传送给主线程显示在界面上。 

本发明界面功能切换流程图如图3所示：

本发明的检测方法进行声级测量时，包括以下步骤：

  A、DSP端对采集进来的数字信号先进行A、C、Z频率计权, 再进行F、S、I时间计权；

  B、DSP端对经过时间计权后的信号计算瞬时声级，对经过频率计权后的信号计算连续等效声级、峰值声级、声暴露级、统计声级等；

C、GPP端对DSP端发送来的瞬时声级进行最大最小声级的计算。

本发明的检测方法进行频谱分析时，包括以下步骤：

  A、界面设定频谱分析类型，时间计权类型，频率计权类型，DSP端根据所选频谱分析类型，分别进行倍频程、1/3倍频程分析；

  B、DSP端对经过时间计权后的信号计算倍频程瞬时声级，对经过频率计权后的信号计算倍频程连续等效声级、峰值声级、声暴露级等；

  C、GPP端对DSP端发送来的倍频程瞬时声级进行最大最小声级的计算。

本发明的检测方法进行FFT分析时，包括以下步骤：

  A、设定频谱范围，计权时间，加窗类型；

  B、对采集进来的数字信号进行时间计权，然后根据所设定的窗类型对信号加窗，再进行FFT变换，根据计算声压级的公式计算出各频率点的声压级；

  C、通过所设定的频谱范围选取任意频率点的声压级。

本发明的检测系统提供系统设置，用户可以通过触摸屏选择时间计权类型，频率计权类型，频谱分析类型，加窗类型，频谱范围等参数，并可以通过界面按钮选择信号分析方法，如声级测量，频谱分析，FFT分析等。

Claims (7)

1.一种数字化声学检测系统测试方法，其特征在于它至少包括如下步骤：

先由传声器将声信号转换为电信号，前置电路把电信号进行前置放大，然后通过

AD进行模数转换；转换后的信号送入到信号处理器进行信号检测；根据检测要求，选择界面操作，具体为：   

1）建立本次测量工程文件夹，保存计量参数，并启动双核通信模块软件；

2）初始化AD，双核通信模块初始化；

3）界面通过控制队列发送测量参数及开始消息给双核通信模块；

4）采集数据并计算，双核之间交换信息；

5）界面接收线程接收计算结果，发送给主线程显示并保存为文件格式。

2.根据权利要求1所述的数字化声学检测系统测试方法，其特征在于所述的双核通信模块流程如下： 

1) ARM 端与DSP 端分别初始化； 

2) 等待AD采集满一帧数据； 

3) ARM 通知DSP 处理数据； 

4) DSP 将处理结果返回 ARM，ARM 用子线程接收并显示结果； 

5) 重复2-4过程直到收到停止指令； 

6) 后续处理并退出； 

    ARM核与DSP核两个核心之间的同步操作第一次同步出现在步骤3处，当ARM核准备好数据时，会发送同步消息给 DSP 核，通知 DSP 接收数据并调用算法处理，而当ARM 没有发送同步消息时，DSP 核是处于休眠状态，等待 ARM 的同步消息唤醒；第二次同步操作再次发生在步骤4处，DSP核将计算结果返回给ARM核，ARM 调用子线程处理结果数据，并将其显示，其它时间子线程处于休眠状态。

3.根据权利要求1所述的数字化声学检测系统测试方法，其特征在于所述的界面包括主界面，声级测量子界面，频谱分析子界面，采集子界面，校准子界面，设置子界面；主界面负责调度其它子功能界面显示，主界面负责全局相关的资源申请分配；其它子界面负责加载各自所需的资源。

4.根据权利要求3所述的数字化声学检测系统测试方法，其特征在于子界面设置包括：选择频率计权A、C、Z方式，选择时间计权的快、慢和脉冲方式；选择测试模式，包括单周期模式、连续模式、连续周期模式；进行FFT分析时，选择FFT的分析时间0.5s、1s、2s、5s；选择加窗类型汉宁窗或契比雪夫窗。

5.根据权利要求1所述的数字化声学检测系统测试方法，其特征在于进行声级测量时，包括以下步骤：

  A、DSP端对采集进来的数字信号先进行A、C、Z频率计权, 再进行F、S、I时

间计权；

  B、DSP端对经过时间计权后的信号计算瞬时声级，对经过频率计权后的信号计

算连续等效声级、峰值声级、声暴露级、统计声级等；

    C、GPP端对DSP端发送来的瞬时声级进行最大最小声级的计算。

6.根据权利要求1所述的数字化声学检测系统测试方法，其特征在于进行频谱分析时，包括以下步骤：

  A、界面设定频谱分析类型，时间计权类型，频率计权类型，DSP端根据所选频

谱分析类型，分别进行倍频程、1/3倍频程分析；

  B、DSP端对经过时间计权后的信号计算倍频程瞬时声级，对经过频率计权后的

信号计算倍频程连续等效声级、峰值声级、声暴露级等；

  C、GPP端对DSP端发送来的倍频程瞬时声级进行最大最小声级的计算。

7.根据权利要求1所述的数字化声学检测系统测试方法，其特征在于进行FFT分

析时，包括以下步骤：

  A、设定频谱范围，计权时间，加窗类型；

  B、对采集进来的数字信号进行时间计权，然后根据所设定的窗类型对信号加窗，再进行FFT变换，根据计算声压级的公式计算出各频率点的声压级；

  C、通过所设定的频谱范围选取任意频率点的声压级。

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