CN107192443A - 一种cry2110噪声传感器 - Google Patents

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曹祖杨
张凯强
邵晓平
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Abstract

本发明公开了一种CRY2110噪声传感器，包括测量传声器、前置级放大电路、信号调理采样电路、信号处理电路和输出接口，所述的测量传声器的输出端与前置级放大电路的输入端连接，所述的前置级放大电路的输出端与信号调理采样电路的输入端连接，所述的信号调理采样电路包括一块高精度的24位AD采样芯片，所述的信号调理采样电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，所述的信号处理电路包括一块带有DSP内核的ARM处理器，所述的信号处理电路的输出端与输出接口连接。本发明一种CRY2110噪声传感器，性能稳定、测试精准、结构精简、不需要模拟开关切换进行量程控制、高动态范围、接口易拓展，稳定性佳，贴合工业和户外监测的使用需求。

Description

一种CRY2110噪声传感器
【技术领域】
本发明涉及噪声传感器的技术领域，特别涉及一种用于测试表征声音大小的声压级的CRY2110噪声传感器。
【背景技术】
噪声传感器正是由于传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒，驻极体面与背电极相对，中间有一个极小的空气隙，形成一个以空气隙和驻极体作绝缘介质，以背电极和驻极体上的金属层作为两个电极构成一个平板电容器。电容的两极之间有输出电极。由于驻极体薄膜上分布有自由电荷。当声波引起驻极体薄膜振动而产生位移时；改变了电容两极版之间的距离，从而引起电容的容量发生变化，由于驻极体上的电荷数始终保持恒定，根据公式：Q＝CU，所以当C变化时必然引起电容器两端电压U的变化，从而输出电信号，实现声音信号到电信号的变换。
目前的噪声传感器主要用来接收声波，显示声音的振动图象，但不能对噪声的强度进行测量，因此导致测试中操作复杂，且传统的噪声传感器体积大、接口不易拓展、功能性低，无法满足工业自动化和户外监测的体积小、接口易拓展的使用需求，此外，普通声级计，功能丰富，一般具备模拟信号监听和RS-232接口，但丰富的功能要求较大的体积和复杂的电路。同时232接口由于先天的劣势不适合远距离传输，模拟监听接口对实际的工业和户外应用都无大用。为了解决以上问题，有必要提出一种能够用于测试表征声音大小的声压级的噪声传感器。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种CRY2110噪声传感器，其旨在解决现有技术中噪声传感器体积大、接口不易拓展、功能性低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出了一种CRY2110噪声传感器，包括测量传声器、前置级放大电路、信号调理采样电路、信号处理电路和输出接口，所述的测量传声器的输出端与前置级放大电路的输入端连接，所述的前置级放大电路的输出端与信号调理采样电路的输入端连接，所述的信号调理采样电路包括一块高精度的24位AD采样芯片，所述的信号调理采样电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，所述的信号处理电路包括一块带有DSP内核的ARM处理器，所述的信号处理电路的输出端与输出接口连接。
作为优选，所述的前置级放大电路由三极管、电阻、第一退耦滤波电容、第二退耦滤波电容组成，所述的三极管的基极与测量传声器的输出端连接，所述的三极管的发射极与信号调理采样电路的输入端连接，所述的第一退耦滤波电容与三极管的集电极连接，所述的电阻一端与三极管的发射极连接，另一端与第二退耦滤波电容和低压双电源的负极连接，所述的三极管的集电极与低压双电源的正极连接。
作为优选，所述的电阻与第二退耦滤波电容串联，所述的第一退耦滤波电容和第二退耦滤波电容的另一端均接地。
作为优选，所述的低压双电源的电压为3.3V。
作为优选，所述的信号调理采样电路通过24位AD采样芯片使用双通道同时采样，两通道数字信号同时传输。
作为优选，所述的输出接口包括4-20mA电流输出接口和RS-485接口。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的一种CRY2110噪声传感器，采用驻极体式电容传声器为测量传声器，性能稳定、测试精准，实现声电转换功能；前置级放大电路实现高低阻抗的转换，方便后级处理电路采集，较传统的前置级放大电路具有电路简化，仅需要较低的双电源供电，放宽了对电源供电的要求，能够做到结构精简，可以在小体积电路中实现，有助于减小噪声传感器的总体体积；信号调理采样电路使用高精度的24位AD采样芯片，使用双通道同时采样，两通道数字信号同时传输，不需要模拟开关切换进行量程控制，配合带有DSP内核的ARM处理器实现高动态范围；输出接口易拓展，稳定性佳，能够轻松实现远距离的通讯，满足工业自动化和户外监测场合，需要具备体积小、接口易拓展的硬指标要求，贴合工业和户外监测的使用需求。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明实施例一种CRY2110噪声传感器的模块示意图；
图2是本发明实施例的前置级放大电路原理图示意。
【具体实施方式】
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参阅图1，本发明实施例提供一种CRY2110噪声传感器，包括测量传声器1、前置级放大电路2、信号调理采样电路3、信号处理电路4和输出接口5，所述的测量传声器1的输出端与前置级放大电路2的输入端连接，所述的前置级放大电路2的输出端与信号调理采样电路3的输入端连接，所述的信号调理采样电路3包括一块高精度的24位AD采样芯片31，所述的信号调理采样电路3的输出端与信号处理电路4的输入端连接，所述的信号处理电路4包括一块带有DSP内核的ARM处理器41，所述的信号处理电路4的输出端与输出接口5连接。
在本发明实施例中，测量传声器1是驻极体式电容传声器，具备灵敏度高、测试精准、性能稳定的优点，是传感器功能的关键组件，实现声电转换功能。
参阅图2，所述的前置级放大电路2由三极管21、电阻22、第一退耦滤波电容23、第二退耦滤波电容24组成，所述的三极管21的基极与测量传声器1的输出端连接，所述的三极管21的发射极与信号调理采样电路3的输入端连接，所述的第一退耦滤波电容23与三极管21的集电极连接，所述的电阻22一端与三极管21的发射极连接，另一端与第二退耦滤波电容24和低压双电源的负极连接，所述的三极管21的集电极与低压双电源的正极连接，所述的电阻22与第二退耦滤波电容24串联，所述的第一退耦滤波电容23和第二退耦滤波电容24的另一端均接地，所述的低压双电源的电压为3.3V。
在本发明实施例中，前置级放大电路2实际是一种阻抗转换电路，实现高低阻抗的转换，测量传声器1输出信号为高阻抗信号，需要前置级放大电路2进行阻抗转换，转换成低阻抗信号输出，方便后级处理电路采集。目前传统的前置级放大电路通常采用以下两种实现方案：
传统方案一：采用双电源供电，要求电源电压较高，通常在正负10V以上。缺点：高电平的双电源供电，要求较多的功能电路来提供电压，会占用较大的电路板面积，同时对输入电压也有要求。
传统方案二：采用ICP供电，需要使用恒流源供电，同样需要高电压供电，实现需要较多的功能电路，会占用较大的电路板面积。
而本发明中的前置级放大电路2采用简化的前置级设计，能够实现高低阻抗的转换，同时仅需要较低的双电源供电，放宽了对电源供电的要求，做到结构精简，可以在小体积电路中实现。
进一步地，所述的信号调理采样电路3通过24位AD采样芯片31使用双通道同时采样，两通道数字信号同时传输。信号调理采样电路3将前置级放大电路2输出的低阻抗信号信号进行调理、采样、量化成数字信号输出给后面的信号处理电路4。
传统的信号调理采样电路，为了实现较大的动态范围需要采用多路开关来切换量程，而在本发明中使用高精度的24位AD采样芯片，使用双通道同时采样，两通道数字信号同时传输，不需要模拟开关切换进行量程控制，配合信号处理电路4的带有DSP内核的ARM处理器41实现高动态范围。
此外，本发明一种CRY2110噪声传感器取消工业、户外等应用中使用率极低的显示屏，这样就可以在有限的带有DSP内核的ARM处理器41资源上实现相对复杂的算法完成声学测量的计算。
更进一步地，所述的输出接口5包括4-20mA电流输出接口51和RS-485接口52。4-20mA电流输出接口51为标准的工业自动化常用的接口，方便设备的集成；RS-485接口52是目前工业上使用较多、性能较为稳定的总线。选用该总线的具有如下优势：
1、稳定性佳，具备较高的总线带宽，完全可以满足噪声数据的通讯要求，可以实现高速率的噪声数据采样，完全能满足噪声监测的一般场景。
2、性能优异，RS-485总线设计使用差分信号进行半双工通讯，能够轻松实现远距离的通讯。
本发明一种CRY2110噪声传感器的产品基本参数如下：
●符合标准 IEC61672-2级、GB/T3785-2型；
●测量范围 25～130dBA(可扩展至20～140dBA)；
●动态范围 ≥110dB，无需量程切换；
●AD采样率 48kHz；
●检波方式 全数字；
●本机噪声 22dB(A)、23dB(C)、24dB(Z)；
●测试频率范围 10Hz～20kHz；
●频率计权 A(默认)、C、Z；
●时间计权 F(默认)、S；
●声压级输出 RS-485；4-20mA，1-5V和2-10V三选一(默认4-20mA)；
●供电电压 DC 5-24V；
●外观尺寸 φ24.5mm×115mm；
●重量 115g；
●工作条件 -20～+50℃，相对湿度≤80％无凝露；
●接口 7Pin航空插头
满足工业自动化和户外监测场合，需要具备体积小、接口易拓展的硬指标要求，贴合工业和户外监测的使用需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种CRY2110噪声传感器，包括测量传声器(1)、前置级放大电路(2)、信号调理采样电路(3)、信号处理电路(4)和输出接口(5)，其特征在于：所述的测量传声器(1)的输出端与前置级放大电路(2)的输入端连接，所述的前置级放大电路(2)的输出端与信号调理采样电路(3)的输入端连接，所述的信号调理采样电路(3)包括一块高精度的24位AD采样芯片(31)，所述的信号调理采样电路(3)的输出端与信号处理电路(4)的输入端连接，所述的信号处理电路(4)包括一块带有DSP内核的ARM处理器(41)，所述的信号处理电路(4)的输出端与输出接口(5)连接。
2.如权利要求1所述的一种CRY2110噪声传感器，其特征在于：所述的前置级放大电路(2)由三极管(21)、电阻(22)、第一退耦滤波电容(23)、第二退耦滤波电容(24)组成，所述的三极管(21)的基极与测量传声器(1)的输出端连接，所述的三极管(21)的发射极与信号调理采样电路(3)的输入端连接，所述的第一退耦滤波电容(23)与三极管(21)的集电极连接，所述的电阻(22)一端与三极管(21)的发射极连接，另一端与第二退耦滤波电容(24)和低压双电源的负极连接，所述的三极管(21)的集电极与低压双电源的正极连接。
3.如权利要求2所述的一种CRY2110噪声传感器，其特征在于：所述的电阻(22)与第二退耦滤波电容(24)串联，所述的第一退耦滤波电容(23)和第二退耦滤波电容(24)的另一端均接地。
4.如权利要求2所述的一种CRY2110噪声传感器，其特征在于：所述的低压双电源的电压为3.3V。
5.如权利要求1所述的一种CRY2110噪声传感器，其特征在于：所述的信号调理采样电路(3)通过24位AD采样芯片(31)使用双通道同时采样，两通道数字信号同时传输。
6.如权利要求1所述的一种CRY2110噪声传感器，其特征在于：所述的输出接口(5)包括4-20mA电流输出接口(51)和RS-485接口(52)。
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