基于“柔性测试”技术的噪声源定位分析系统

2008-12-25 00:00 新产品   来源:中国测控网

1.引言:

 


柔性测试”技术是以相关技术为依托,满足测试测量需求的系统设计与实现技术。它以虚拟仪器技术、测试测量技术、机电一体化技术、软件技术、通信及网络技术为核心,是现代测试技术的代表之一,它的特点有: (1)适用性:满足多种测试环境要求,提供多种测试性能,融合多种信号测试能力;(2)灵活性:发挥模块化、插件化、分布式设计的灵活性,根据客户需求改变测试系统的功能及性能;(3)可扩展性:跟进相关技术进展,实现测试能力的不断提高。噪声源定位分析系统(Sound Source LocalizationSystem,简称SSLS)正是基于“柔性测试”技术开发的,具有灵活性、适应性、拓展性等特点的现代测试系统,其在设计伊始便将“柔性测试”技术贯穿于系统的每一个环节。

2.系统结构

SSLS的系统结构如图1所示:

 

基于“柔性测试”技术设计的SSLS由麦克风阵装置、传输线缆和主机组成:

 

麦克风阵装置拥有独特的设计(标准阵列):共有8根横梁,每根横梁上放置8支内置麦克风。每根横梁通过SMB接口使每支麦克风与主体支架相联,在主体支架中心安置的摄像头,用于拍摄实景。整个装置的特点是:灵活、小巧、轻便、易于安装——当其中一支麦克风出现问题,只需更换相应横梁,无需作其他改变;当需要增加或减少麦克风时,只需安装或拆卸相应横梁。整个麦克风阵装置充分体现了“柔性测试”技术的灵活性和拓展性。

 

传输线缆用于将阵列装置转换的电信号同步传输至系统主机,它具有长度一致、通道之间隔离与屏蔽等特点。

主机是SSLS的核心,硬件部分包括PXI机箱控制器以及多通道动态信号采集卡。8块动态信号采集卡实现声音信号的同步采集,尤其带有抗混叠滤波功能,具有精度高、动态范围大等特点,专为动态信号采集而设计。PXI机箱背板总线为信号采集提供可靠保证:跨板卡的两个通道同步采集1kHz信号,相位差保证在0.1度内;控制器为实时测试和控制应用程序提供了高性能平台。SSLS采用LabVIEW环境开发的系统软件,该软件能够控制系统硬件进行多通道声音信号的同步采集与分析;采用波束形成技术计算声场分布,然后将声场分布图叠加在实景图片上,直观地反映出噪声源的位置。系统软件还具备阵形效果仿真功能,用户可以对根据环境、信号特性等因素配置的多种麦克风阵型进行效果仿真,获取所配阵型的测量效果,为选择合适的阵型提供依据,具备很强的适应性和拓展性。

 

3.柔性技术的完美体现

 

作为“柔性测试”技术的创始者和坚定的实践者,我们将“柔性测试”技术渗透到SSLS设计的每一个环节,具体表现在:

 

定位算法的选择:考虑到声场状况、噪声设备的多样性等问题,系统采用了波束形成算法。这样阵列装置就不仅能够采用规则阵列,同时也能够采用许多不规则的阵列,如螺旋阵,随机阵等,使得定位的应用面更加广泛,能够应对多种不同状况;

 

软硬件平台的选择:利用虚拟仪器技术,选择PXI硬件平台。因为PXI总线具有很大的数据吞吐能力,能够满足多通道动态数据的同步采集需求,同时方便以后增加或删除通道,使得系统具有很好的扩展性和灵活性;

 

软件技术:考虑到使用时可以方便快速的更换各种阵列装置,系统软件设计时,采用模块化设计思路,当采用不同阵型的阵列装置时,操作者只需导入相应阵型配置文件即可;

 

系统设计时还结合了其它设计技术,比如阵列装置的设计,采用了模块化接口技术,使得阵列装置的扩展、组装与拆卸都方便快捷。


4.系统功能

 

SSLS可以使得声音“可视化”,能够帮助声学工程师“看出”被测噪声对象的声场分布、找出各主要声源点的位置,是从复杂的声音信号中提取有用信息的利器, 其具备的功能有:

 

声源定位:显示分析平面内各处的声场相对能量之大小,根据该能量分布图可找出各个主要声源的位置;

 

识别不同声源: 显示指定频带上的声场分布情况,从而在嘈杂的声音环境中识别出不同频带上的主要声源;

 

声源信号分离与分析:从复杂的声音信号中分离出指定位置的声源信号,然后对该声源信号进行声音回放与频谱分析,用户也可以对分离出来的信号进行自定义分析;

 

频谱分析:根据用户设置,可对特定时间段的声信号进行频谱分析;

 

联合时频分析:以时间、频率为坐标轴,显示声音信号能量谱信息。


5.系统特点:

 

SSLS充分融合了“柔性测试”技术和声音处理技术,具有如下特点:

 

多声源定位:在允许的分辨率范围内,系统能够同时对多个声源进行定位。

 

方便的阵列放置:系统区别于一般的近场声全息方法,无须将麦克风阵列贴近被测对象表面(d<<λ),在增大了系统的“视野”的同时,还避免了近场声全息方法对阵列位置的局限性。

 

灵活的阵形配置: 系统的阵形能够根据不同的声场情况进行灵活配置,从而获得理想的分析效果,因此系统能够应用于多种不同的声场状况。

 

直观的显示方式:系统在被测对象图片上显示声场能量分布,通过观察图片就可以直观的看出被测对象上声源所在的位置。


6.小结:

 

柔性测试” 技术是在复杂、多变的市场压力下产生的新兴测试技术,该技术的最大优势在于它可满足不同制造行业的复杂、多变的测试测量需求。“柔性测试”技术整合了虚拟仪器、测试测量、机电一体化、网络通信及软件等多种技术,是泛华测控测试测量行业多年技术沉淀的一种提炼。SSLS秉承了“柔性测试”这一理念,将及时、有效的满足客户需求视为终极追求,充分考虑需求多变性、复杂性以及成本可行性等因素,具有很强的灵活性、适应性、拓展性,能够满足客户多种声场状况分析的需要,易安装,易维护,充分顺应现代测试系统的发展方向,是“柔性测试”技术的完美体现。


 

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