一種用于多方向測試高鐵噪聲的mems傳聲器及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于噪音檢測技術領域，具體涉及一種用于多方向測試高鐵噪聲的MEMS 傳聲器及方法。
【背景技術】
[0002] 高鐵機車所產生的噪音會嚴重影響高鐵乘客的舒適度。長時間處于噪音環境下容 易導致聽力損害。因此對噪聲信號的監測和分析對于防范噪音提高乘客舒適度有著重要的 意義。同時由于高鐵噪音信號的周期性，傳統的噪聲測試儀一般采用人工定點測量來獲得 某一時段的噪聲數據，該方法存在著較大的局限性，主要表現在：①常采用人工的方式控制 傳感器來采集信號，無法根據噪聲的分貝來靈活控制傳感器采集需要的噪聲信號；②無法 在采集噪聲信號的同時，給予報警或者傳感器工作狀態等實時信息，以便于判斷當前噪聲 的大小；③無法方便自由地調整噪音測量方向。
[0003] MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。利用MEMS 傳感器技術制造的硅傳聲器具有較好的聲學性能，同時在耐高溫，可靠性，均勻性，功耗，以 及尺寸設計上有著很大的靈活度。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術存在的不足，本發明提供一種用于多方向測試高鐵噪聲的MEMS傳 聲器及方法。
[0005] 本發明的技術方案：
[0006] -種用于多方向測試高鐵噪聲的MEMS傳聲器，包括多方向調整器、MCU、聲音傳感 器、信號放大電路、采樣電路、TF卡、光電顯示與報警電路和電源模塊；其中聲音傳感器的 輸出端連接信號放大電路的輸入端，信號放大電路的輸出端連接采樣電路的輸入端，采樣 電路的輸出端連接到MCU，MCU同時還與TF卡、光電顯示與報警電路和電源模塊相連接；
[0007] 該MEMS傳聲器包括兩種電路板形式，第一種形式:MCU、聲音傳感器、信號放大電 路、采樣電路、TF卡光電顯示與報警電路和電源模塊集成在一塊電路板上；電源模塊用于 為電路板上的所有部件供電，該電路板固定封裝在所述多方向調整器的扁平球形殼體內 部；
[0008] 第二種形式：MCU、聲音傳感器、信號放大電路和采樣電路集成在第一塊電路板上， 且第一塊電路板封裝固定在上半球內的球頂處或下半球內的球頂處；TF卡、光電顯示與報 警電路、電源模塊集成在第二塊電路板上，且相應地第二塊電路板封裝固定在下半球內的 球頂處或者上半球內的球頂處；第一塊電路板和第二塊電路板之間通過一條柔性排線連 接；電源模塊用于為第一塊電路板和第二塊電路板上的所有部件供電。
[0009] 所述多方向調整器包括半球形基座體、環形套蓋體和用于對電路板進行封裝固定 的扁平球形殼體；所述扁平球形殼體由固定連接的兩部分構成，分別定義為上半球和下半 球，上、下半球的頂部均為扁平狀；扁平球形殼體設置在半球形基座體上，環形套蓋體套過 該扁平球形殼體上端與半球形基座體固定連接，且扁平球形殼體上端部顯露在環形套蓋體 外部，該顯露在環形套蓋體外部的扁平球形殼體上端部作為手持端，用于手工扭轉扁平球 形殼體，扁平球形殼體在扭轉力的作用下可以在半球形基座體內任意滑動調整，實現扁平 球形殼體內的聲音傳感器的噪聲信號測試方向與感興趣噪聲測點方向一致，從而可以實現 從多個方向測試高鐵噪聲的目的；
[0010] 所述顯露在環形套蓋體外部的扁平球形殼體上端部設置一能夠使噪聲進入扁平 球形殼體內部的長方形孔；進一步地，在該長方形孔上安裝有用于避免噪聲測試中較大風 速干擾的防風保護片；
[0011] 進一步地在所述環形套蓋體上設置有螺釘結構形式的卡具，該卡具從環形套蓋體 外側穿入環形套蓋體內并與扁平球形殼體直接剛性接觸；
[0012] 更進一步地，所述半球形基座體的底面安裝有強力磁體，同時，基座體底部還設置 了螺紋孔；當待測噪聲位置附近的選定結構為鐵質材料時，通過磁力吸附的方法將半球形 基座體固定連接在選定結構的表面上；當待測機構為非鐵質材料時，利用半球形基座體底 部設置的螺紋孔通過螺柱將半球形基座體固定在選定結構表面上。
[0013] 又進一步地，所述半球形基座體的底部還安裝滑道，該滑道可與無損貼片配合，通 過在無損貼片底面涂覆膠水的方式，將半球形基座體固定在選定結構表面上。
[0014] 采用所述的用于多方向測試高鐵噪聲的MEMS傳聲器的方法，包括如下步驟：
[0015] 步驟1 :根據噪聲信號測試的需要，在需要測試噪聲信號的附近區域將一個或者 多個傳聲器布置在預先確定的一個或者多個測點上；
[0016] 步驟2:通過多方向調整器對傳聲器進行調整，使傳聲器的測試方向與感興趣噪 聲測點方向一致；
[0017] 步驟3 :聲音傳感器將聲音信號轉化為模擬電信號，然后通過信號放大電路將該 模擬電信號放大，最后通過采樣電路將電信號轉化為數字電信號并將該數字電信號數據通 過12C總線傳送給MCU ;
[0018] 步驟3-1 :在第一次給該傳聲器上電時，首先MCU對其外設進行初始化和復位工 作，然后通過Mailbox命令將聲音傳感器從深睡眠狀態喚醒；
[0019] 步驟3-2 :MCU通過觸發START信號給I2C總線表示開始數據的傳輸；
[0020] 步驟4 :MCU實時將接收到的噪聲數字電信號數據與預設的閾值進行對比，并根據 對比結果，將相應噪聲等級的噪聲信號過濾出來作為待存儲噪聲信號；
[0021] 步驟4-1 :由于高鐵的噪音信號具有很強的突發性和瞬時性，在特定時間段內又 具有一定的周期性，關注超過某一個設定值的噪音信號才有意義，而無需記錄低于設定值 對應時刻的噪音信號。在MCU中預先設定兩個噪聲閾值：聽力不適噪音閥值和聽力損傷噪 音閥值；
[0022] 步驟4-2 :MCU將接收到的噪聲數字電信號數據與預設的聽力不適噪音閥值和聽 力損傷噪音閥值進行對比，若當前的高鐵機車噪聲信號大于等于聽力不適噪音閥值且小于 閾值聽力損傷噪音閥值時，則將當前的噪聲信號進行采集和存儲，以便于進一步的分析和 監測；若當前的高鐵機車噪聲信號小于聽力不適噪音閥值，則不需對當前的噪聲信號進行 采集和存儲；若當前的高鐵機車噪聲信號大于等于聽力損傷噪音閥值，則需對當前的噪聲 信號進行采集和存儲，以便后續采用降噪措施進行改進；
[0023] 步驟5 :MCU對待存儲噪聲信號進行濾波處理后，將數據發送給TF卡進行存儲；
[0024] 步驟5-1 :MCU首先將I2C總線上的數據存到緩存隊列中，之后對緩存隊列中的數 據進行濾波處理；
[0025] 步驟5-2 :濾波后的數據會被寫入TF卡數據暫存區，TF卡數據處理函數根據智能 切分算法將數據分割后，按采集時間命名成多個大小合適的文件；
[0026] 步驟5-3 :TF卡根據加密算法將分割后的數據加密并對數據進行壓縮后存儲到上 述各個文件中；
[0027] 步驟5-4 :TF卡讀寫函數會實時將分割后的文件，通過SPI總線寫入系統初始化時 建立好的文件系統中，以便于上位機對數據做進一步的分析和處理。
[0028] 有益效果：本發明在新型MEMS傳聲器的基礎上，提出的一種用