CN105181116A - 便携式数字噪声计 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种便携式数字噪声计，包括：信号处理单元，信号处理单元用于检测噪声信号，并将噪声信号转换为直流电压信号；控制单元，控制单元与信号处理单元相连，用于将直流电压信号进行模数转换、加权计算及对数变换处理后得到噪声分贝值；以及显示单元，显示单元与控制单元相连，用于显示噪声分贝值。本发明的数字噪声计具有精确度高、一致性好、结构简单、成本低的优点，同时便于携带，且应用范围广。

Description

便携式数字噪声计

技术领域

本发明涉及噪声监测和传感器技术领域，特别涉及一种便携式数字噪声计。

背景技术

噪声计作为一种常用的噪声测量设备，广泛应用于噪声测量领域。然而，当前噪声计的应用具有一定局限性。一方面，噪声计难以通过自身的测量功能来统计并评估一定时间内环境噪声的整体趋势，需采集数据后借助计算机等平台进行统计评估。另一方面，传统的噪声计包括声压转换器、运算放大器、有效值检波器、对数变换器、AD模数转换器、微控制器、显示屏等部分，如果想保证噪声计具有较高的精度，则硬件成本会相对较高，使用者大多为环保部门测试员或科研工作者等，难以进入普通百姓家庭。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种便携式数字噪声计，该数字噪声计具有精确度高、一致性好、结构简单、成本低的优点，同时便于携带，且应用范围广。

为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种便携式数字噪声计，包括：信号处理单元，所述信号处理单元用于检测噪声信号，并将所述噪声信号转换为直流电压信号；控制单元，所述控制单元与所述信号处理单元相连，用于将所述直流电压信号进行模数转换、加权计算及对数变换处理后得到噪声分贝值；以及显示单元，所述显示单元与所述控制单元相连，用于显示所述噪声分贝值。

根据本发明实施例的便携式数字噪声计，信号处理单元检测噪声信号，并将噪声信号转换为直流电压信号，控制单元将直流电压信号进行模数转换、加权计算及对数变换处理后得到噪声分贝值，然后显示噪声分贝值。该数字噪声计具有精确度高、一致性好、结构简单、成本低的优点，同时便于携带，且应用范围广。

另外，根据本发明上述实施例的便携式数字噪声计还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述信号处理单元包括：声压转换器，所述声压转换器用于检测噪声信号，并将所述噪声信号转换为电压信号；高通滤波器，所述高通滤波器与所述声压转换器电连接，用于对所述电压信号进行滤波，以滤除所述电压信号的中低频信号；运算放大器，所述运算放大器与所述高通滤波器电连接，用于对所述高通滤波器输出的电压信号进行放大；低通滤波器，所述低通滤波器与所述运算放大器电连接，用于对放大后的电压信号进行低通滤波，以滤除其中的高频信号；有效值检波器，所述有效值检波器与所述低通滤波器电连接，用于将所述低通滤波器输出的交变电压信号转换成与被测声压有效值成比例的直流电压信号。

在一些示例中，所述声压转换器、运算放大器及有效值检波器均由通用性IC器件及其外围器件构成。

在一些示例中，所述声压转换器为电容式麦克风。

在一些示例中，所述高通滤波器和所述低通滤波器的频带宽度可调。

在一些示例中，所述控制单元为单片机。

在一些示例中，所述显示单元通过有线或无线与所述控制单元相连。

在一些示例中，所述显示单元为LED显示屏或LCD显示屏。

在一些示例中，还包括：输入端口，所述输入端口用于连接外部电源保护电路以及为所述控制单元提供仿真接口。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的便携式数字噪声计的结构框图；

图2是根据本发明一个实施例的信号处理单元的结构框图；

图3是根据本发明另一个实施例的便携式数字噪声计的各功能单元的连接示意图；

图4是根据本发明一个实施例的频率响应特性曲线示意图；以及

图5是根据本发明一个实施例的一致性测试曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述根据本发明实施例的便携式数字噪声计。

图1是根据本发明一个实施例的便携式数字噪声计的结构框图。如图1所示，该便携式数字噪声计100包括：信号处理单元110、控制单元120和显示单元130。

其中，信号处理单元110用于检测噪声信号，并将噪声信号转换为直流电压信号。控制单元120与信号处理单元110相连，用于将直流电压信号进行模数转换、加权计算及对数变换处理后得到噪声分贝值。显示单元130与控制单元120相连，用于显示噪声分贝值。其中，在本发明的一个实施例中，控制单元120例如为单片机。显示单元130例如为LED显示屏或LCD显示屏。更为具体地，显示单元130例如通过有线或无线与控制单元120相连。

换言之，控制单元120具有AD模数转换、加权计算、对数变换等功能，将多种功能集中于单片机或其它控制器，简化了硬件电路，同时节约了成本。

在本发明的一个实施例中，如图2所示，信号处理单元110进一步包括：声压转换器111、高通滤波器112、运算放大器113、低通滤波器和有效值检波器115。

其中，声压转换器111用于检测噪声信号，并将噪声信号转换为电压信号。高通滤波器112与声压转换器111电连接，用于对电压信号进行滤波，以滤除电压信号的中低频信号。运算放大器113与高通滤波器112电连接，用于对高通滤波器112输出的电压信号进行放大。低通滤波器114与运算放大器113电连接，用于对放大后的电压信号进行低通滤波，以滤除其中的高频信号。有效值检波器115与低通滤波器114电连接，用于将低通滤波器114输出的交变电压信号转换成与被测声压有效值成比例的直流电压信号。在具体示例中，例如，声压转换器111、运算放大器113及有效值检波器115均由通用性IC器件及其外围器件构成。更为具体地，声压转换器111例如为电容式麦克风，具有成本低的优点。

在本发明的一个实施例中，高通滤波器112和低通滤波器114的频带宽度可根据实际需求进行调节。

在本发明的进一步实施例中，如图3所示，该便携式数字噪声计100例如还包括：输入端口140。输入端口140用于连接外部电源保护电路以及为控制单元120提供仿真接口，输入端口140例如为但不限于USB接口。其中，电源保护电路位于电源接口与电源稳压器之间。

作为具体的示例，图3展示了本发明实施例的便携式数字噪声计100的各功能单元的连接关系。结合图3，本发明的便携式数字噪声计100的结构及原理概述如下：USB接口(即输入端口140)一方面为数字噪声计100提供电源，另一方面为控制单元120(如单片机)提供仿真接口。USB接口输出电源经过保护电路9后，得到稳定、纹波小、防短路、防过载的5V直流电压。5V直流电压一方面给运算放大器113、有效值检波器115、显示单元130提供电源。另一方面，5V直流电压经过稳压器11转换为3.3V直流电压为控制单元120提供电源。MIC咪头(即声压转换器111)是数字噪声计100的传感器，将感应到的噪声信号转换为相应的电压输出。电压信号经高通滤波器112滤波，使输出信号的频率不小于高通截止频率。高通滤波后的信号进入运算放大器113，将微小的电压信号放大，通过调节电位器14，使增益在一定范围内变化。放大后的电压信号再经过低通滤波器114，使输出信号的频率不大于低通截止频率。电压信号经过低通滤波后输入有效值检波器115，将交变信号转换成与被测声压有效值成比例的直流信号。有效值检波器115输出的直流信号被送至控制单元120，控制单元120通过模数转换器将模拟电压信号转换为数字信号。由于控制单元120采样得到的采样信号为电压信号，如果要得到人们习惯使用的噪声分贝值(dBA)，则需通过控制单元120对采样信号进行AD模数转换、加权计算、对数变换处理。最后，由显示单元130(显示屏)实时显示环境噪声分贝值，显示时间间隔可根据实际需要来设定。

其中，在上述示例中，声压转换器111例如为通用且成本低的电容式麦克风。高通滤波器112与低通滤波器114均由RC电路构成，使噪声的频带响应范围为20Hz～200KHz。运算放大器113采用通用且音频特性稳定的IC芯片，在该示例中，例如，采用的运算放大器芯片为LM386，频带增益最大可达到45dB。有效值检波器115则采用快速响应且跟随特性良好的IC芯片，在该示例中，例如，采用的有效值检波器芯片为THAT4316。而AD模数转换、加权计算、对数变换功能由控制单元120采集数据后，由控制单元120通过软件处理来实现。

图4为本发明一个实施例的频率响应特性曲线图。结合图3和图4，通过高通滤波器112和低通滤波器114的滤波作用，其频带响应范围为20Hz～200KHz。通过调节运算放大器113上的高精度电位器14来调节信号的增益，频带内信号增益可在32dB～45dB。由此可见，数字噪声计100的频率响应带宽可满足噪声信号的频率范围，具有良好的响应特性。

图5为本发明一个实施例的一致性测试曲线图。具体地说，将4套设备放置在相同的环境下工作，采集一天内的环境噪声进行对比，从图5所示曲线可以看到，4套设备在一天内测量的噪声分贝值，设备间的误差范围很小，除特殊点外，可误差在±1.5dBA以内。由此可见，噪声计具有良好的一致性。

综上，本发明上述实施例的便携式数字噪声计100，具有以下优势：经过实际测量，该便携式数字噪声计100的分贝值测量范围为33dBA～95dBA，可满足绝大部分应用。同时，其测量结果一致性良好，在33dBA～45dBA范围内噪声分贝值的误差为±1.5dBA，在45dBA～95dBA范围内噪声分贝值的误差为±1dBA。另外，该便携式数字噪声计100的硬件电路得到简化，IC芯片也采用通用型器件，成本相对较低，且该数字噪声计100体积较小，便于携带，使用范围广，例如可广泛应用于家庭、办公室、教室、宿舍等不同场合。

根据本发明实施例的便携式数字噪声计，信号处理单元检测噪声信号，并将噪声信号转换为直流电压信号，控制单元将直流电压信号进行模数转换、加权计算及对数变换处理后得到噪声分贝值，然后显示噪声分贝值。该数字噪声计具有精确度高、一致性好、结构简单、成本低的优点，同时便于携带，且应用范围广。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种便携式数字噪声计，其特征在于，包括：

信号处理单元，所述信号处理单元用于检测噪声信号，并将所述噪声信号转换为直流电压信号；

控制单元，所述控制单元与所述信号处理单元相连，用于将所述直流电压信号进行模数转换、加权计算及对数变换处理后得到噪声分贝值；以及

显示单元，所述显示单元与所述控制单元相连，用于显示所述噪声分贝值。

2.根据权利要求1所述的便携式数字噪声计，其特征在于，所述信号处理单元包括：

声压转换器，所述声压转换器用于检测噪声信号，并将所述噪声信号转换为电压信号；

高通滤波器，所述高通滤波器与所述声压转换器电连接，用于对所述电压信号进行滤波，以滤除所述电压信号的中低频信号；

运算放大器，所述运算放大器与所述高通滤波器电连接，用于对所述高通滤波器输出的电压信号进行放大；

低通滤波器，所述低通滤波器与所述运算放大器电连接，用于对放大后的电压信号进行低通滤波，以滤除其中的高频信号；

有效值检波器，所述有效值检波器与所述低通滤波器电连接，用于将所述低通滤波器输出的交变电压信号转换成与被测声压有效值成比例的直流电压信号。

3.根据权利要求2所述的便携式数字噪声计，其特征在于，所述声压转换器、运算放大器及有效值检波器均由通用性IC器件及其外围器件构成。

4.根据权利要求2所述的便携式数字噪声计，其特征在于，所述声压转换器为电容式麦克风。

5.根据权利要求2所述的便携式数字噪声计，其特征在于，所述高通滤波器和所述低通滤波器的频带宽度可调。

6.根据权利要求1所述的便携式数字噪声计，其特征在于，所述控制单元为单片机。

7.根据权利要求1所述的便携式数字噪声计，其特征在于，所述显示单元通过有线或无线与所述控制单元相连。

8.根据权利要求7所述的便携式数字噪声计，其特征在于，所述显示单元为LED显示屏或LCD显示屏。

9.根据权利要求1所述的便携式数字噪声计，其特征在于，还包括：

输入端口，所述输入端口用于连接外部电源保护电路以及为所述控制单元提供仿真接口。