次声信号数据采集系统的研制.doc

1、次声信号数据采集系统的研制作者：易南 陈景藻 李玲 贾克勇 【关键词】 次声 关键词: 次声;数据收集;压力仓 摘 要: 次声信号数据采集系统所采集的是 020Hz 的次声信号，该信号通过传声器转换为相应的电压信号.计算机实时采集、处理次声信号，分析次声信号的各主要频率成分和强度大小，对分析结果进行图形显示，曲线自动输出，并生成、打印最终结果. Keywords:infrasound;data collection;pressure chamber Abstract:Infrasound signal frequency of020Hz was col-lected by infrasound

2、 signal data collecting system.Sound col-lecting apparatus transformed the signal into voltage signal correspondingly.The computer analyzed the mainly frequen-cy and the density of the infrasound and also illustrated the results and gave printing curves automatically. 0 引言 次声是频率低于 20Hz 的弹性波，其特点是频率低、

3、波长长、衰减小、传播远1，2 .随着次声检测手段的完善，发现次声存在于许多生产场合和生活环境中3 ，因此，次声作为一种环境污染因子而日益受到重视.由于人工构成的次声实验条件较困难，至今尚未在世界各国普遍开展次声研究.为了在我国开展次声生物学效应的研究，我们与国内有关单位合作，研制出输出声压级范围为 90120dB 的 1 号次声压力仓系统和声压范围达到 130dB 的 2 号次声压力仓系统及超低频信号数据采集系统.为开展次声生物学效应及防护的研究提供了可靠的剂量依据. 1 次声检测系统技术指标 声场强度:65130dB;声场频率:120Hz;采样速率:采用 EPP 口最大100K，不丢失数据，

4、标准口为 40K;A/D 位数:12bit;数据精度:0.1%FS;工作温度范围:050;AC 交流电压范围:（22011）V. 2 系统的结构 次声测量通常包括次声接收、记录、探测和分析等内容4 .本系统由次声信号的感应变换、信号滤波及放大、信号的采集及信号分析显示几部分组成. 次声感应接收主要包括信号的接收和抗干扰两个部分.信号接收采用丹麦 BK 公司的 1425 型次声传感器，该传声器用高精度的+9VDC 供电，可以精确感受到 0130dB 的声场信号，误差小于 1%.它将次声信号的声能转换为可供放大、传输或记录的电压信号，其频率和强度用模拟电压信号的频率和电压来对应表示. 次声信号调理

5、主要功能是对传声器变换后的模拟电压信号进行隔离、低通滤波及放大，只保留所需要的频率段信息.该模块的滤波部分采用 3阶 UAF42 主动式滤波器，低通滤波截止频率为 0100Hz.次声信号的数据采集是系统的重要组成部分，主要完成系统中转换调理后电压信号的 A/D转换，将其模拟信号离散成计算机可以直接识别的二进制代码后送入计算机系统.A/D 转换类型为连续逼近式，转换时间为 8s，线性度为12bit. 3 次声信号数据采集系统软件组成 系统软件流程图如 Fig1 所示，采用计算机实时采集、处理次声数据，分析出次声信号的各主要频率成分和强度大小，对分析结果进行图形显示，曲线自动输出，并能生成、打印最

6、终结果报表和显示的图形曲线.如Fig2 所示为系统输出 132dB/8Hz 时检测的次声参数. 图 1 略 系统软件采用 Microsoft 公司的 Visual C 语言编程，能够完成对外部信号的过滤、采集和分析，提取出次声信号的频率成分和对应的声强度，并以可视化的方式显示、记录分析试验数据.根据对软硬件和应用环境条件的分析，选择了多通道隔离型 A/D 板，这样可以最大程度地保护计算机，使之免受外部接线错误或窜入的强大破坏性干扰对计算机造成的损坏.在程序设计上采用了软件数字滤波和 A/D 板最佳触发时间选择，使得采集到的数据非常真实，从而确保功率谱分析后的各个频率和幅值都很准确可靠. 图 2

7、 略 4 次声数据采集系统的测试 在实验室内，将实际次声信号分别输入至动态频谱分析仪（Spectral Dynamics SD375Dynamics Ana-lyzer，美国） 、超低频信号数据采集系统，同时用 HP 示波器观测标准信号源下正弦波信号，分别记录不同频率下的波形、幅值（Tab1）.结果发现所测得的波形、频率成分完全相同，幅值相对误差不超过 5%，而且计算机所采集分析的数据介于SD375 和标准信号之间.三者的比较说明，用计算机采集次声信号是非常准确、方便和实用的.以 10Hz 信号为例，在没有失真、开始失真、严重失真情况下的数据比较（Tab2） ，随着激励电流的增大，声强相对误差

8、不超过 5%. 表 1 数据采集系统与标准信号对照表 略 5 讨论 次声的测量是次声学研究和发展工作中的关键问题，次声学的发展与次声测量技术的发展密不可分.我们所研制的次声信号数据采集系统灵敏度高，抗干扰能力强，具有实时检测功能，同时完成记录当前时域波形及频谱分析.随着计算机技术的发展，这种低频率、高强度的信号处理实时检测系统将使对次声的分析更加直观、精确，为今后开展人体次声信号的检测研究提供了一种思路. 表 2 现场测试三种情况比较表（略） 参考文献: 1Chen JZ.The existence and basic biological effect of infrasound and t

9、he significance of study on it J.Zhonghua Wuli Yixue Yu Kangfu Yixue Zazhi（Chin J Phy Med Rehab） ，1999;21（3）:131-133. 2Batanov GV.Characteristics of etiology of immediate hypersen-sitivity in conditions of exposure to infrasound J.Radiates Bi-ol Radioecol，1995;35（1）:78-82. 3Fu WS.The hygiological significance of industrial infrasound J.Gongye Weisheng Yu Zhiyebing（Industrial Hygienics and Occupational Disease） ，1987;12（6）:378-340. 4Ma DY.Shengxue shouce（The manual of acoustics） M.Bei-jing:Kexue Chubanshe（Scientific Publishing House） ，1984:20-34.