CN103323095A - 环境噪声可变励磁检测估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明环境噪声可变励磁检测估计方法，涉及环境噪声检测技术领域。为了克服不同环境噪声中需要不同类型噪声传感器的技术缺陷，本发明提供了一种环境噪声可变励磁检测估计方法，该方法通过改变励磁信号的大小，形成不同强度的磁场，从而改变噪声传感器灵敏度，使其适应于在不同的噪声环境下检测噪声，解决了不同环境噪声中需要不同类型噪声传感器的技术问题。

Description

环境噪声可变励磁检测估计方法
技术领域　
本发明涉及电子测量技术领域，特别涉及一种环境噪声可变励磁检测估计方法。　 
背景技术　　　　　
随着现代城市建设和城市交通的发展，城市环境噪声污染已经成为世界各国大城市面临的一个重要环境问题；噪声污染已成为继水污染、大气污染、固体废料污染之后的第四大环境公害；城市噪声污染严重影响了人们正常的工作、学习和休息，噪声污染投诉事件数量一直居各类环境污染投诉事件的首位，对环境噪声进行及时准确的检测与分析和有效控制就显得尤为重要。　　　　　 
目前检测噪声的传感器按其换能原理可分为电动式(动圈式)、电容式、压电式等噪声传感器；动圈式传声器主要由振动膜片、音圈、永久磁铁和升压变压器等构成；它的工作原理是膜片随着声音前后颤动，从而带动与膜片相连的音圈在磁场中作切割磁力线的运动，根据电磁感应原理，在线圈两端就会产生感应音频电动势，从而完成了声电转换；电容式传声器是一种利用电容量变换而引起声电转化作用的传声器；它是由一个振动膜片和固定电极组成的一个间距很小的可变电容器；当膜片在声波作用下产生振动时，振动膜片与固定电极间的距离便发生变化，引起电容量的变化；如果在电容量的两端有一个负载电阻R及直流极化电压E，则电容量随声波变化时，在R的两端就会产生交变的音频电压；压电式传声器是由具有压电效应的压电晶体完成声电转换，它通过声压使晶体切片两侧产生电量相等的异性电荷，形成电位差，属于能量转化型传感器。 
专利“吴宗汉.动磁平面线圈型传声器[P].中国：CN201571198U”公开了一种动磁平面线圈型传声器，包括蜗旋平面线圈和磁性膜，并且蜗旋平面线圈与磁性膜相面对，在蜗旋平面线圈与磁性膜之间设有间隙；该实用新型采用了让原来不动的磁体成为可动，且随声压作用而运动，这样就又改变了动圈传声器中动圈和振动膜(音膜)相连的结构，该实用新型的动圈由一般的螺管形状改为蜗旋平面排列的方式制成的平面线圈。 
目前动圈式噪声传感器检测噪声都是通过振动膜片感应声压大小，通过永久磁体产生的磁场而感应出电动式，上述专利“动磁平面线圈型传声器”虽然把振动膜片改为带有磁性的振动膜片，简化了传声器的结构，但磁体产生的磁场是不可控的，无法根据实际情况调节磁场强度；因噪声大小具有随机性，有时候噪声的声压超出该传感器的检测范围，需要不同量程和灵敏度的噪声传感器来检测噪声，增加了检测成本，且使用传统的噪声传感器还需要外围的器件来辅助计算噪声的强度大小，检测是否超出环境噪声标准中规定的强度大小，最后才能报警等，该过程较麻烦，且成本较大。 
发明内容　
为了克服不同环境噪声中需要不同类型噪声传感器的技术缺陷，本发明提供了一种环境噪声可变励磁检测估计方法，该方法通过改变励磁信号的大小，形成不同强度的磁场，从而改变噪声传感器灵敏度，使其适应于在不同的噪声环境下检测噪声，解决了不同环境噪声中需要不同类型噪声传感器的技术问题。 
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种环境噪声可变励磁检测估计方法，具有以下特点： 
(1)环境噪声可变励磁检测估计方法包括可变励磁噪声传感器，该传感器由振动膜片、音圈、可控直流电磁铁芯、升压变压器和控制反馈电路构成； 
(2)动圈可控直流电磁铁芯采用软磁铁氧体材料，AD芯片采集感应电动势，反馈给单片机，单片机控制PWM波占空比在线控制励磁强度； 
(3)噪声传感器开始工作时单片机控制PWM波给直流电磁铁芯恒定的电流变化频率和大小，若AD采集到感应电动势变化频率高则单片机增大PWM波的占空比，增强励磁强度，加强高频噪声的检测强度；若检测音圈产生的感应电动势变化频率低则单片机减小PWM波的占空比，减弱励磁强度，削弱低频噪声的检测的强度； 
(4)利用非线性方程调节PWM波的占空比，非线性方程为：
Figure BDA00003335655700021
其中，B为PWM波的占空比，f为当前噪声频率(单位为Hz)，f0为高频噪声特征频率(单位为Hz)，从而达到检测高频信号的目的。 
本发明的有益效果是：通过改变励磁信号的大小，形成不同强度的磁场，从而改变噪声传感器灵敏度，使其适应于在不同的噪声环境下检测噪声，解决了不同环境噪声中需要不同类型噪声传感器的技术问题。 
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。 
附图说明　
图1为本发明环境噪声可变励磁检测估计方法的总体结构示意图； 
图2为本发明可变励磁噪声传感器结构示意图； 
图3为具体实施例中控制系统示意图，其中P0.0～P1.7为单片机P0和P1两路8位的I/O口，PWM为单片机1个16位PWM波输出模块。 
具体实施方式　
参照附图2—图3。 
(1)环境噪声可变励磁检测估计方法包括可变励磁噪声传感器，该传感器由振动膜片、 音圈、可控直流电磁铁芯、升压变压器和控制反馈电路构成，控制反馈电路由AD7655电压采集芯片和STC12C5A60S2单片机主控电路构成； 
(2)动圈可控直流电磁铁芯采用尖晶石类铁氧体材料，AD7655采集音圈感应的电动势，反馈给单片机，单片机进行频谱分析，控制PWM波占空比在线控制励磁强度； 
(3)噪声传感器开始工作时单片机按占空比为0.5控制PWM波给直流电磁铁芯恒定的电流变化频率和大小，AD7655采集到感应电动势传给单片机，单片机作FFT变换，若电压变化频率高则单片机增大PWM波的占空比，增强励磁强度，加强高频噪声的检测强度；若检测音圈产生的感应电动势变化频率低则单片机减小PWM波的占空比，减弱励磁强度，削弱低频噪声的检测的强度； 
(4)AD7655采集音圈感应的电动势，采样率为500kHz，采样时间为125ms，STC12C5A60S2单片机通过P0口和P1口读取16位噪声信号，读取的噪声信号首先被放入了STC12C5A60S2的数据存储区，然后通过频谱分析，获取当前采集噪声信号的频率f，利用非线性方程
Figure BDA00003335655700031
调节PWM波的占空比，其中f0=3000Hz(频率为3000Hz对人影响最大)，如果当前f=6000Hz，则B取为0.705，单片机控制PWM波的占空比为0.705，自适应的控制励磁信号。 

Claims (1)

1.一种环境噪声可变励磁检测估计方法，具有以下特点： 
(1)环境噪声可变励磁检测估计方法包括可变励磁噪声传感器，该传感器由振动膜片、音圈、可控直流电磁铁芯、升压变压器和控制反馈电路构成； 
(2)动圈可控直流电磁铁芯采用软磁铁氧体材料，AD芯片采集感应电动势，反馈给单片机，单片机控制PWM波占空比在线控制励磁强度； 
(3)噪声传感器开始工作时单片机控制PWM波给直流电磁铁芯恒定的电流变化频率和大小，若AD采集到感应电动势变化频率高则单片机增大PWM波的占空比，增强励磁强度，加强高频噪声的检测强度；若检测音圈产生的感应电动势变化频率低则单片机减小PWM波的占空比，减弱励磁强度，削弱低频噪声的检测的强度； 
(4)利用非线性方程调节PWM波的占空比，非线性方程为：
Figure FDA00003335655600011
其中，B为PWM波的占空比，f为当前噪声频率(单位为Hz)，f0为高频噪声特征频率(单位为Hz)，从而达到检测高频信号的目的。 
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