diplom (722429), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Придатність приміщення для вимірювання шуму в умо­вах вільного дальнього поля перевіряють експерименталь­но. При цьому ставляться такі вимоги:

• сторонній шум (перешкода), що проникає в приміщення, повинен бути слабкіший за сумарний шум агрегату та перешкоди не менше ніж на 10 дБ як за загальним рівнем, так і за рівнем окремих складових спектра в робочому діапазоні частот; у противному разі треба зробити поправку;

• спад рівня звукового тиску в дальньому полі джерела звука при подвоєнні відстані від джерела до точки вимірювання має становити не менше ніж 6 дБ;

• у приміщенні не повинно бути помітних стоячих хвиль, принаймні в місцях розміщення мікрофонів.

1.4 Датчики шуму

Мікрофони - це електроакустичні перетворювачі, що перетворюють звукові коливання на електричні. Залежно від конструкції розрізняють мікрофони тиску, а яких звуковий тиск впливає на діафрагму тільки з одного зовнішньо­го боку, та мікрофони градієнта тиску, в яких звуковий тиск впливає на два боки діафрагми, але з певним зсувом по фазі. У першому випадку зусилля на діафрагму визначається звуковим тиском, що діє на неї, а в другому — різницею тисків з обох боків діафрагми з урахуванням різниці фаз коливань.

Мікрофони повинні бути по можливості малих порівняно з довжиною хвилі звука розмірів, щоб не впливати на вимірюване звукове поле. Невеликі мікрофони можна використовувати в широкому діапазоні частот. Пере­вага невеликих мікрофонів полягає ще й у тому, що їхня характеристика напрямленості більш рівномірна. Тому при вимірюванні в тому разі, коли напрям поширення звука не зовсім збігається з віссю напрямленості мікрофона, виникає менше помилок. Проте внаслідок відносно невеликої чутливості цих мікрофонів застосовування їх при малих значеннях вимірюваних величин обмежене.

Залежно від характеру звукового поля розрізняють кілька показників чутливості мікрофона. У вільному полі напругу, що створюється мікрофоном, відносять до зву­кового тиску вільної плоскої біжучої хвилі, що рухається до центра мікрофона в напрямі його осі. Чутливість у дифузному полі становить відношення вихідної напруги до звукового тиску в цьому полі. Для визначення чутливості за тиском напругу на виході мікрофона відносять до зву­кового тиску, який фактично створюється перед мембраною мікрофона.

Для вимірювань використовують здебільшого конденсаторні мікрофони в основному внаслідок їхньої порівняно рівномірної частотної характеристики. Крім того, конден­саторні мікрофони стійкі до зміни температурного ре­жиму, відрізняються високою стабільністю характеристик у часі й мають рівномірну діаграму напрямленості.

Останнім часом для вимірювань застосовують п'єзоелектричні мікрофони з термостійких матеріалів з достатньо великим п’єзоелектричним ефектом. У них використо­вується властивість п’єзоелектричних матеріалів створюва­ти при механічній деформації напругу між електродами, які прикладені до пластин з цих матеріалів. У вимірювальних пристроях високого класу п’єзомікрофони застосовуються нечасто. Це пояснюється в основному низькою тем­пературною стабільністю і дуже високим внутрішнім опо­ром ємнісного типу. Останнє ускладнює підключення їх за допомогою довгих ліній, а також на навантаження з не великим опором. До переваг п’єзомікрофонів належать простота конструкції, невеликі розміри, висока чутливість.

Електродинамічні мікрофони майже завжди використо­вуються для порівняльних вимірювань. Вони мають дуже низький рівень власних перешкод, тому придатні для вимірювань слабких шумів.

При застосуванні мікрофонів треба враховувати низку факторів. Зокрема зазначимо, що чим більша частота вимірювання, тим меншим має бути розмір мікрофона. Щоб не перекручувати звукове поле, мікрофонні приймачі, з'єднувальні кабелі повинні мати невеликі розміри віднос­но довжини звукової хвилі, а відстань між мікрофоном та оператором, який обслуговує апаратуру, повинна станови­ти не менше ніж 1 м. Крім того, слід звести до мінімуму наведені електричні та магнітні поля, особливо помітні при застосуванні довгих кабелів.

1.5 Основні методи і засоби обробки акустичних сигналів

Сигнали шуму та вібрації тут здебільшого вважаються випадковими процесами. Це обумовлено необхідністю врахування фактора випадковості при формуванні їх унаслідок нестабільності умов збудження, неможливості абсолютного повторення режимів роботи тощо. Крім того, акустичні сигнали вважаються стаціонарними процесами, що забезпечується сталістю процесу збудження коливань. Фізично виправдане для розглядуваних процесів також припущення про їхню ергодичність. Отже, акустичні сигнали в цій книзі вважаються стаціонарними ергодичними випадковими процесами (якщо немає додаткових уточнень). Це дає змогу застосувати для аналізу їх достатньо розроблену спектрально-кореляційну теорію.

Основним сучасним методом обробки сигналів шуму та вібрації є спектральний аналіз. Цей метод застосовують для оцінки основних спектральних характеристик сигналів шуму та вібрації — спектральних густин потужності, а також характеристик взаємозв'язку сигналів (взаємних спектрів, функцій когерентності та кореляції). Крім того, на підставі цих характеристик обчислюють частотні характеристики шляхів поширення коливань.

Сучасний спектральний аналіз шумових і вібраційних сигналів поділяється на аналіз з постійною смугою частот (Δf = const) і з постійною відносною смугою (Δf_о/f_о = const); остання, як правило, октавна чи третинооктавна. Тут Δf — ширина смуги аналізу (для ШПФ Δf часто називають також кроком за частотою), f_о — центральна частота смуги. Вид аналізу та параметри відповідної апаратури вибирають залежно від задачі аналізу.

Якщо мета досліджень — визначення окремих дискретних складових, то слід вибирати вузькосмуговий аналіз з постійною смугою пропускання. Проте ця смуга не повинна бути занадто вузькою, оскільки під час роботи будь-якого джерела шуму та вібрації спектральні складові неминуче флуктують з плином часу за частотою. Смуга аналізу має охоплювати ці флуктуації; у противному разі результати спотворюватимуться.

При боротьбі з шумом та вібрацією методами звукоізоляції чи поглинання часто достатньо виявити інтенсивні частотні ділянки або зони цих процесів. У цьому разі більш доцільний аналіз з постійною відносною смугою пропускання. У будівництві застосовують здебільшого октавний аналіз, у машинобудуванні — третинооктавний.

На практиці часто вважають, що ширина смуги аналізу має бути приблизно (в крайньому разі) в 4 рази вужча за загальний частотний діапазон, який аналізується. Апаратура для спектрального аналізу промислового шуму та вібрації здебільшого не є специфічною тільки для аналізу механічних коливань, оскільки по суті аналізуються електричні коливання, що надходять від електроакустичного перетворювача.

Зараз спектральний аналіз здійснюють або смуговою фільтрацією сигналів, або на підставі ШПФ. Останнім часом для спектрального аналізу (зокрема обчислення дискретного перетворення Фур'є) дедалі більше використовують алгоритм ШПФ, особливо з появою швидкодіючих процесорів ШПФ. Головна перевага цього способу — можливість дістати порівняно вузькосмугові спектри, тобто можливість спектрального аналізу з високим розділенням за частотою.

В апаратному забезпеченні обробки віброакустичних сигналів формуються та розвиваються такі тенденції:

• цифрове представлення віброакустичної інформації;

• розробка спеціалізованих обчислювальних пристроїв на базі мікропроцесорів, що працюють за жорсткими алгоритмами. Переваги таких пристроїв — швидкодія, мобільність; недолік — низький ступінь універсальності;

• розробка програмних комплексів, в яких процес обробки інформації здійснюється програмно ЕОМ, найчастіше персонального типу. При цьому сигнали вводяться безпосередньо в запам'ятовуючий пристрій ЕОМ у цифровій формі. Перевагами таких комплексів є високий ступінь універсальності, порівняно великий обсяг пам'яті, можливість порівняно просто збільшувати кількість каналів одночасного введення сигналів; недолік — порівняно невисока швидкодія. Отже, такі комплекси доцільно застосовувати в метою дослідження;

• розробка програмно-апаратних комплексів обробки інформації, в яких обчислення спеціальної функції (наприклад, спектральної густини) здійснює спеціалізований пристрій, сумісний з ЕОМ, а вторинну обробку добутих функцій (накопичення, аналіз) — ЕОМ. Такий варіант, незважаючи на порівняно високу вартість, має менше недоліків двох перших і тому розвивається найбільш інтенсивно.

1.6 Застосування частотної корекції

Найпростішою фізичною мірою шуму є вимір його повного рівня звукового тиску. З іншого боку, такий вимір не дає ніякої інформації ні про розподіл частот шуму, ні про його сприйняття людиною, тобто практично таке вимірювання буде не ефективним. Однак за допомогою простих засобів вимірювальну апаратуру можна забезпечити деякими характеристиками, що дозволяють зробити результати вимірів набагато ефективніше. Застосовується набір частотних коригувальних фільтрів, характеристики яких індексовані літерами А, В, С. Характеристика з індексом С мало залежить від частоти в значній частині звукових частот, у той час як характеристика з індексом А перебуває в сильній залежності від частот нижче 1000 Гц. Порівнюючи частотну характеристику А с кривими рівня рівної гучності для чистих тонів можна виявити деяку подібність між останніми й оберненою А‑ характеристикою. Навіть незважаючи на те, що процес сприйняття звуків людиною набагато складніше апроксимації за допомогою частотної корекції, як це представлено кривою А, в багатьох випадках інформація може бути отримана в результаті вимірів за допомогою апаратури за характеристикою А. Останній довід також підтверджується тим, що існуючі національні й міжнародні стандарти, що регламентуюсь вимірюванні та оцінці рівня шуму головним чином рекомендують застосування коригувальної характеристики А.

Рисунок 1.8 - Коригувальні характеристики А, В, С, D

Для того, щоб розрізняти фізичні вимірювання рівнів звукового тиску в децибелах (дБ) (без частотної корекції) від суб'єктивного виміру рівнів гучності у фонах і вимірів, зроблених за допомогою однієї з уведених стандартних частотних характеристик А, В, С (або D), прийнята міжнародна угода про те, що результати останнього виду вимірів повинні бути виражені у вигляді рівнів звуку з використанням шкали децибел із вказівкою виду частотної коригувальної характеристики А, В, або С (або D). Якщо, наприклад, шум вимірюється з використанням корекції А, то результат повинен бути представлений у вигляді дБ(А). Аналогічно, якщо виміру шуму проводилися з використанням корекцій В та С (або D), ці результати повинні бути виражені відповідно дБ(В), дБ(С) або дБ(D).

Існують випадки, коли при вимірюваннях необхідна набагато більш вичерпна інформація про рівень шуму. Цю інформацію можна одержати, проводячи частотний аналіз шуму; аналіз, що часто проводиться у вигляді октавних, третинооктавних або ще більш вузьких смуг частот. З докладного частотного аналізу спектра шуму може бути отримана найбільш придатна інформація про звук, що досліджується.

2 СИНТЕЗ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ

Фірма MICROCHIP випускає 3 лінії 8-бітних КМОП мікроконтролерів, відомих як PIC16Fxx, PIC18Fxx й PIC17Fxx.

Усі мікроконтролери виконані за RISC технологією, мають схему запуску по включенню живлення, вартовий таймер, що програмується, біт захисту від зчитування, припустимий струм по кожному виході до 20 мА й низьке енергоспоживання - 2 мВ при при живленні 5 В на тактовій частоті 4 МГц; 15 мкА при живленні 3 В на тактовій частоті 32 кГц й менше 3 мкА в режимі очікування.

2.1 Послідовний інтерфейс SPI

Мікроконтролери CP PIC16F877, MCP41050 та CP PIC18F258, що використовуються у приладі, містять послідовний периферійний інтерфейс SPI (Serial Peripheral Interface), призначений для обміну даними один з одним.

Принцип роботи послідовного обміну даними, реалізованого у мікроконтролерах, одержав назву "Master-Slave" (буквально - "Хазяїн-раб" або "Ведучий-ведений"), ілюструється схемою на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Принцип роботи SPI

Один із пристроїв, що беруть участь в обміні даними, є ведучим, інший - веденим. Обмін здійснюється по чотирьох сигнальних лініях. Їх призначення зазначені в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 Призначення сигнальних ліній

SDO	Serial Data-Out (послідовне виведення даних)
SDI	Serial Data-In (послідовне введення даних)
SCK	SPI Clock (синхронізація)
SS	Slave Select (вибір веденого)

Обидва пристрої, що приймають участь в обміні даними, містять регістр зсуву. Регістри з'єднуються в коло, як показано на з використанням відповідних входів SDl і виходів SDO. Зсув здійснюється по фронту імпульсу синхронізації, при цьому ведучий передає веденому один біт зі свого регістра зсуву, одержуючи біт з регістра останнього. Очевидно, якщо ведучий подасть на шину синхронізації SCK число імпульсів, рівне розрядності регістрів, то інформація з його регістра повністю передасться веденому, і навпаки. Розрядність переданих слів - 8 біт.

Для того щоб можна було апаратно вибирати одного з декількох ведених мікроконтролерів, використається додаткова лінія інтерфейсу SS.

Характеристики

Список файлов реферата