CN103438921A

CN103438921A - 一种基于dsp的声压输出与采集通道校准方法

Info

Publication number: CN103438921A
Application number: CN2013103814276A
Authority: CN
Inventors: 贺惠农; 罗自荣; 蔡德威
Original assignee: HANGZHOU VICON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU VICON TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: CN103438921B

Abstract

本发明涉及一种信号输出与采集方法，尤其是一种基于DSP的声压输出与采集通道校准方法。设定初始增益和偏差，分别为a和b；进行0V状态测试，测试得到实际有效值t1；进行实际正弦信号测试，测试得到实际有效值t2；计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；设定初始增益和偏差，分别为Ar和Br重复上述校准方法计算得到实际的增益和偏差分别为Ar1和Br1，将第二次实际的增益和偏差与第一次实际的增益和偏差进行比较进行校准，得到校准结果。上述方法使参加通道校准的点数更多，减少因干扰，测量误差等对测试结果的影响，而输入通道、输出通道可以进行同时校准，在输出校准完毕后直接利用输出信号接入输入通道，完成输入通道的校准，保证校准结果的准确性。

Description

一种基于DSP的声压输出与采集通道校准方法

技术领域

本发明涉及一种信号输出与采集方法，尤其是一种基于DSP的声压输出与采集通道校准方法。

背景技术

近年来人们对噪声污染关注的不断加大，声学分析技术在噪声品故，故障诊断，污染防治，消噪减噪，疾病治疗等方面的应用也不断加深。

DSP因其强大的信号处理能力在声学分析中地位不断提高。在进行声压分析之前需要对声压信号进行放大然后通过AD采样得到对应的数字信号，声压输出时也需要对其先进行DA转化，放大，然后才输出。由于模拟电路的精度问题，设计出来的放大电路往往跟目标设计的放大电路的增益不是绝对相等的，甚至有时差别会比较大，如果不对它进行必要的校准，得到的分析结果误差可能会很大。

经验表明，模拟放大电路输入与输出近似满足线性关系，即输入x与输出y满足如下等式：y=a*x+b。所以如果测得两个输入x1,x2及其对应的输出y1,y2就可以求的通道的准确增益和偏差a,b。但是由于信号存在干扰，测量误差等，只使用两个点来求得通道增益和偏差的方法存在较大的随机性，如果x1,x2,y1,y2的测试过程中有有一个数据存在干扰或者测量误差，测试的结果就可能误差很大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种校准点数多、干扰与误差对校准结果影响小的基于DSP的声压输出与采集通道校准方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于DSP的声压输出与采集通道校准方法，其方法如下：

设定初始增益和偏差，分别为a和b；

进行0V状态测试，测试得到实际有效值t1；

进行实际正弦信号测试，假设正弦信号的幅值为x2，有效值为r2，测试得到实际有效值t2；

计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；

设定初始增益和偏差，分别为Ar和Br重复上述校准方法计算得到实际的增益和偏差分别为Ar1和Br1，将第二次实际的增益和偏差Ar1和Br1与第一次实际的增益和偏差Ar和Br进行比较进行校准，得到校准结果。

本发明的进一步设置为：还包括输出通道校准方法，先将输出通道内的信号依次进行模拟放大、DA转化处理后，利用DSP采集得到测试信号，设定初始增益和偏差，DSP输出0V信号进行测试，测试得到实际有效值t1；

DSP输出正弦信号进行测试，测试得到实际有效值t2；

计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；

设定初始增益和偏差为上一步测试的结果，分别为Ar和Br重复上述校准方法计算得到实际的增益和偏差分别为Ar1和Br1，将第二次实际的增益和偏差Ar1和Br1与第一次实际的增益和偏差Ar和Br进行比较进行校准，得到输出通道信号校准结果。

本发明的进一步设置为：还包括输入通道校准方法，先将输入通道内的DSP输出信号依次进行AD转化、模拟放大处理后，得到输入测试信号，设定初始增益和偏差，输入测试信号在0V状态时进行测试，测试得到实际有效值t1；

输入测试信号为正弦信号进行测试，测试得到实际有效值t2；

计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；

设定初始增益和偏差为上一步测试的结果，分别为Ar和Br重复上述校准方法计算得到实际的增益和偏差分别为Ar1和Br1，将第二次实际的增益和偏差Ar1和Br1与第一次实际的增益和偏差Ar和Br进行比较进行校准，得到输入通道校准结果。

本发明的进一步设置为：先利用输出通道校准方法校准输出通道，然后把输出通道的信号接入到输入通道，利用输入通道校准方法校准输入通道，得到整个通道的校准结果。

上述方法使参加通道校准的点数更多，减少因干扰，测量误差等对测试结果的影响，而输入通道、输出通道可以进行同时校准，在输出校准完毕后直接利用输出信号接入输入通道，完成输入通道的校准，保证校准结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为输出通道校准方法的流程图；

图2为输入通道校准方法的流程图；

具体实施方式

本发明一种基于DSP的声压输出与采集通道校准方法，其方法如下：

设定初始增益和偏差，分别为a和b；

进行0V状态测试，测试得到实际有效值t1；

计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；

参考图1可知，本发明的方法在应用在输出通道校准方法中时，先将输出通道内的信号依次进行模拟放大、DA转化处理后，利用DSP采集得到测试信号，设定初始增益和偏差，分别为a和b，对DSP的0V输出信号进行测试，测试得到实际有效值t1；

对DSP幅值为x2，有效值为r2的正弦输出进行测试，测试得到实际输出有效值为t2；

求得增益Ar和偏差Br；

重复上述校准过程：

设定初始增益和偏差为Ar，Br；

对DSP的0V输出信号进行测试，测试得到实际有效值t1；

求得增益Ar1和偏差Br1；

比较Ar，Br，Ar1，Br1确定是否接受结果，从而得到输出校准结果。

参考图2可知，本发明的方法在应用在输入通道校准方法中时，先将输入通道内的DSP输出信号依次进行AD转化、模拟放大处理后，得到输入测试信号，设定初始增益和偏差，分别为a和b；

输入测试信号在0V状态时进行测试，DSP测试得输入有效值t1；对幅值为x2，有效值为r2的正弦输入信号进行测试，DSP测试得实际有效值t2；

求得增益Ar和偏差Br；

重复上述校准过程：

设定初始增益和偏差为Ar，Br；

求得增益Ar1和偏差Br1；

比较Ar，Br，Ar1，Br1确定是否接受结果，从而得到输入校准结果。

而本实施例在应用的时候先利用输出通道校准方法校准输出通道，然后把输出通道的信号接入到输入通道，利用输入通道校准方法校准输入通道，得到整个通道的校准结果。

以下以输出通道校准方法为例说明对于增益和偏差的计算过程：

由于模拟通道增益的存在为了使最终输出的信号与目标信号的一致，需要在DSP输出信号前对信号进行线性转化，假设线性转化的初始的增益和偏差分别为a1,b1。而设模拟通道实际的增益和偏差为a,b。先让DSP输出0V的电压，设Y1为0v输出时的实际测试电压值,有效值为t1，y1为经过线性转换后信号的电压值。再让DSP输出幅值为x2的正弦电压信号，有效值为r2。Y2为正弦输出时实际测试的电压值,有效值为t2,y2为经过线性转换后信号的的电压值。于是有：

y1＝a1*x1+b1

y2＝a1*x2+b1 （1）

y1和y2经过通道的放大和偏置有：

Y1＝ay1+b＝a(a1*x1+b1)+b＝aa1x1+(ab1+b)

Y2＝ay2+b＝a(a1*x2+b1)+b＝aa1x2+(ab1+b) （2）

考虑到：x1=0,∑x1＝∑x2＝0所以有：

∑Y1²＝∑((aa1x1)²+2(ab1+b)(aa1x1)+(ab1+b)²)＝∑((aa1x1)²+(ab1+b)²)

∑Y2²＝∑((aa1x2)²+2(ab1+b)(aa1x2)+(ab1+b)²)＝∑((aa1x2)²+(ab1+b)²) （3）

两式相减得：

aa 1 = \frac{t 2 - t 1}{r 2} = \frac{1}{AA}

对于输出通道有：y＝a(A_rx+B_r)+b＝aA_rx+aB_r+b

要使输出等于输入可以知道

所以：

A_r＝AA*a1 （4）;

又由（3）式可知b＝r1-ab1

B_{r} = - \frac{b}{a} = - \frac{t 1 - ab 1}{a} = - t 1 * AA * a 1 + b 1 - - - (5)

于是由（4），（5）即可以得到真实的线性转换增益和偏差Ar，Br。然后再把Ar，Br做为初始通道线性转换偏差和增益进行同样过程的校准，如果校准出来的结果Ar1，Br1与Ar，Br很接近，说明结果比较准确，反之需要进一步校准。

以下以输入通道校准方法为例说明对于增益和偏差的计算过程：

由于模拟通道增益的存在为了使最终接收的信号与输入信号一致，需要在DSP接收到信号后对信号进行线性转化（AD转化、模拟放大），模拟输入0V信号，设Y1为0v输入时的实际测试电压值，有效值为t1，y1为经过线性输入通道后DSP接收到的电压值，再模拟输入幅值为x2有效值为r2的正弦信号，设Y2为正弦输入时的电压值，有效值为t2,y2为经过线性输入通道后信号的的电压值。于是有：

y1＝a*x1+b

y2＝a*x2+b (6)

y1和y2经过通道的放大和偏置有：

Y1＝a1y1+b1＝a1(a*x1+b)+b1＝a1ax1+(a1b+b1)

Y2＝a1y2+b1＝a1(a*x2+b)+b1＝a1ax2+(a1b+b1) (7)

考虑到：x1=0,∑x1＝∑x2＝0所以有：

∑Y1²＝∑((a1ax1)²+2(a1b+b1)(a1ax1)+(a1b+b1)²)＝∑((a1ax1)²+(a1b+b1)²)

∑Y2²＝∑((a1ax2)²+2(a1b+b1)(a1ax2)+(a1b+b1)²)＝∑((a1ax2)²+(a1b+b1)²) (8)

两式相减得：

aa 1 = \frac{t 2 - t 1}{r 2} = \frac{1}{AA}

对输入通道有y＝A_r(ax+b)+B_r＝A_rax+A_rb+B_r

要使输入等于输出可以知道

B_r＝-A_rb所以：

A_r＝AA*a1 （9）

又由（3）式可知：

b = \frac{t 1 - b 1}{a 1}

B_{r} = - A_{r} b = AA * a 1 * \frac{t 1 - b 1}{a 1} = AA * t 1 - AA * b 1 - - - (10)

于是由（9）式（10）式得到真实的线性转换增益和偏差Ar，Br。然后再把Ar，Br做为初始通道线性转换偏差和增益进行同样过程的校准，如果校准出来的结果Ar1，Br1与Ar，Br很接近，说明结果比较准确，反之需要进一步校准。

本发明利用基于DSP的有效值和平均值结合的通道校准方法，使参加通道校准的点数更多，减少因干扰，测量误差等对测试结果的影响，而输入通道、输出通道可以进行同时校准，在输出校准完毕后直接利用输出信号接入输入通道，完成输入通道的校准，同时提出了输入通道校准验证相结合，进一步保证校准结果的准确性。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明所做的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于DSP的声压输出与采集通道校准方法，其方法如下：

设定初始增益和偏差，分别为a和b；

进行0V状态测试，测试得到实际有效值t1；

进行实际正弦信号测试，假设正弦信号的幅值为x2，

有效值为r2，测试得到实际有效值t2；

计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；

2.按照权利要求1所述的基于DSP的声压输出与采集通道校准方法，其特征在于：还包括输出通道校准方法，先将输出通道内的信号依次进行模拟放大、DA转化处理后，利用DSP采集得到测试信号，设定初始增益和偏差，DSP输出0V信号进行测试，测试得到实际有效值t1；

DSP输出正弦信号进行测试，测试得到实际有效值t2；计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；

3.按照权利要求1或2所述的基于DSP的声压输出与采集通道校准方法，其特征在于：还包括输入通道校准方法，先将输入通道内的DSP输出信号依次进行AD转化、模拟放大处理后，得到输入测试信号，设定初始增益和偏差，输入测试信号在0V状态时进行测试，测试得到实际有效值t1；

计算得到实际的增益和偏差分别为Ar和Br；

4.按照权利要求4所述的基于DSP的声压输出与采集通道校准方法，其特征在于：先利用输出通道校准方法校准输出通道，然后把输出通道的信号接入到输入通道，利用输入通道校准方法校准输入通道，得到整个通道的校准结果。