数字声级计中Ⅰ计权算法设计与本底噪声估计技术研究

发布时间：2017-03-30 15:14

  本文关键词：数字声级计中Ⅰ计权算法设计与本底噪声估计技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：噪声是当代环境的主要污染源之一,影响人们的正常工作、休息和身心健康。为此,针对不同噪声源,许多国家制定了相应的噪声排放标准,以最大限度控制噪声的负面影响。声级计作为噪声排放标准执行时的指定量具之一,它测量的准确性将直接影响标准的执行。与发达国家相比,国内关于噪声测量方面的研究水平还相对较低,数字声级计设计方法还不够完善,如时间计权模型在Ⅰ计权下还无法满足IEC61672中的要求。另外,在进行数字声级计中传声器的信号调理电路设计时,如果本底噪声没有控制好,那么当声级计在安静环境下使用时,微弱的环境噪声将被本底噪声淹没。因此,研究信号调理电路的本底噪声特性,建立本底噪声的分析模型,对于提高传声器输出信号的信噪比,扩展数字声级计的量程下限有重要意义。针对现有数字声级计中Ⅰ计权不满足IEC标准的问题,本文提出带衰减功能峰值检波器的Ⅰ计权数字化实现新方法,设计了一种带衰减功能的峰值检波器,将该峰值检波器级联到IEC61672指定的时间计权模型中,构建高精度Ⅰ计权的模型,给出了详细的时间计权Ⅰ数字化实现过程。为了分析数字声级计的本底噪声,本文介绍了一款基于STM32F407的多功能数字声级计,然后分别以该声级计中阻抗匹配电路的核心器件JFET和信号调理电路中的核心器件运算放大器为对象,研究电路中的主要噪声源,并利用En-In噪声模型构建方法将电路内部噪声源等效到输入端,建立了各个模块的噪声模型,得到噪声谱密度表达式。然后通过将电路中各个模块的噪声叠加,得到数字声级计本底噪声估计值。采用猝发音信号对Ⅰ计权模型进行的现场测试实验表明,基于带衰减功能峰值检波器的Ⅰ计权模型的检波特性和衰减速率均达到IEC61672规定的1级声级计的要求,具有精度高、稳定性好、无需调试等优点,可以为数字声级计的设计者提供参考。本底噪声的实验结果表明,噪声频谱的特征符合文中对噪声的预估,实测数字声级计整机本底噪声声级与理论估计值相差5dB,表明本文使用的噪声估计方法基本正确,可以为数字声级计的电路设计人员降低本底噪声提供理论指导。
【关键词】：数字声级计 时间计权 Ⅰ计权 猝发音 本底噪声
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 项目研究的意义11-12
• 1.2 声级计的国内外发展状况12-15
• 1.2.1 国外发展现状13-14
• 1.2.2 国内发展现状14-15
• 1.3 其他新型手持式噪声测量设备15-16
• 1.4 本论文的研究内容及章节安排16-18
• 第2章 Ⅰ计权的数字实现方法18-29
• 2.1 IEC61672中时间计权模型18-19
• 2.2 I计权模型中的数字低通滤波器设计19-20
• 2.3 I计权稳态时间和衰减速率分析20-23
• 2.3.1 响应时间分析21-22
• 2.3.2 衰减速度分析22-23
• 2.4 I计权的数字化设计23-29
• 2.4.1 峰值检波器原理23
• 2.4.2 带衰减的峰值检波器23-25
• 2.4.3 I计权实现步骤及仿真实验25-27
• 2.4.4 仿真结果分析27-29
• 第3章 数字声级计工作原理与构成29-41
• 3.1 数字声级计工作原理29-31
• 3.2 数字声级计硬件实现方案31-32
• 3.3 传声器32-34
• 3.4 信号采集电路34-36
• 3.4.1 ADC分辨率分析34-35
• 3.4.2 信号调理电路35-36
• 3.5 信息处理单元36-38
• 3.6 电源单元38-41
• 3.6.1 正负9V电源38-39
• 3.6.2 5V电源39-40
• 3.6.3 3.3V电源40-41
• 第4章 数字声级计的电路噪声分析41-56
• 4.1 本底噪声的基本理论41-43
• 4.1.1 噪声的特性41-42
• 4.1.2 噪声叠加42-43
• 4.2 传声器噪声分析43-47
• 4.2.1 驻极体电容传声器噪声分析44
• 4.2.1.1 固有噪声44
• 4.2.1.2 磁感应噪声声级44
• 4.2.2 阻抗匹配电路噪声分析44-47
• 4.2.2.1 N沟道结型场效应管(JFET)噪声45-46
• 4.2.2.2 JFET阻抗匹配电路噪声模型46-47
• 4.3 信号采集电路噪声分析47-54
• 4.3.1 ADC的转换噪声48-49
• 4.3.1.1 PCM1804的量化噪声48-49
• 4.3.1.2 PCM1804的输入参考电压噪声49
• 4.3.2 信号调理电路噪声分析49-54
• 4.3.2.1 信号放大电路噪声分析49-54
• 4.3.2.2 信号衰减电路噪声分析54
• 4.4 整机本底噪声估计54-56
• 第5章 应用结果与分析56-65
• 5.1 Ⅰ计权算法应用与结果分析56-60
• 5.1.1 Ⅰ计权算法软件开发环境56
• 5.1.2 Ⅰ计权测试平台56-57
• 5.1.3 Ⅰ计权衰减速率测试57-58
• 5.1.4 单个猝发音测试与结果分析58-59
• 5.1.5 连续猝发音测试与结果分析59-60
• 5.2 本底噪声测试与结果分析60-65
• 5.2.1 驻极体电容传声器噪声测试61
• 5.2.2 PCM1804本底噪声测试61-62
• 5.2.3 信号调理电路噪声测试与分析62-63
• 5.2.4 整机本底噪声测试与分析63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 附录A 多功能声级计实物图72-73
• 附录B I计权仿真代码73-75

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1 李靖;数字声级计中Ⅰ计权算法设计与本底噪声估计技术研究[D];湖南大学;2016年

2 王r

本文编号：277428