基于DASP的船舶舱内噪声信号测量系统研究＊

蔡旭东 崔滋刚 曲 丰 吴 磊

（91388部队92分队 湛江 524022）

1 引言

现代船舶不仅要求其具有安全、隐身、动作快速等特点，还应具有良好的舒适性，能给舱室内人员提供一个友好的工作空间。作为一个相对密闭的环境，船舶舱室经常会遭受各种噪声的污染。噪声干扰不仅会影响到船舶的隐身性能，暴露我方目标，其振动也可能会影响舱内各种仪器仪表、设备的正常工作。因此，舱内噪声问题日益引起了船舶设计工作者的关注［1］。

船舶作为一个复杂的系统，许多条件和情况难以确定和量化，可将舱室内所测得噪声信号统称为“舱内噪声”。为了能方便、准确地测量噪声信号，考察舱室环境是否达到研制指标，本文介绍了一套测量系统，能够在海上航行试验中，满足测量舱内噪声信号数据的基本要求，且具有小型、可靠、可操性强等特点。

2 系统组成原理

噪声测量系统主要由传感器、信号调理电路、微控制处理中心、存储设备、显示设备、电源等其它辅助设备组成。系统硬件组成框图如图1所示［2］。测量传感器接收船舶舱内噪声信号，经调理电路放大、整波后，将模拟信号转换为数字信号，最后由微控制处理中心通过DASP（Data Auto Sam-pleand Process System）数据采集和处理系统软件对其进行处理，得到噪声信号的波形图和频谱图，方便地检查信号的最大强度等指标。同时，UPS电源可为系统提供稳定电压，存储设备存储所采集的数据，显示设备可实时显示数据波形图等。信号在传输过程中，全部使用同轴电缆传输，尽可能地减少信号衰减、失真。

图1 系统原理框图

3 系统各关键模块介绍

3.1 噪声测量传感器

噪声测量传感器采用高性能驻极体电容式声压测试传感器，该传感器采用独特的镀膜工艺，具备较好的声学性能及长期工作稳定性。传感器主要由驻极体、极头和前置电路等元件组成，能够测试20～146dB动态范围、20Hz～20kHz的频率范围的信号，其主要性能指标如下：

开路灵敏度：－26±1.5dB（50mV／Pa）；极化电压：0V；静态压力系数：－0.010dB／Kpa；温度系数：－0.008dB／℃（－20～＋60℃）；工作环境：－35～80℃，0～98%RH；输出阻抗：＜110Ω；噪声：＜2.0μV。

3.2 信号调理电路［2］

传感器输出的信号量值较小，若直接进行AD转换进行数据处理，容易产生较大误差。传感器接收模拟信号后，为了充分利用系统的测量量程，减小采集系统的量化误差，需要进行信号的调理—放大、滤波、整流等处理。图2为信号调理电路中放大部分的电路原理图。系统采用具有三运算放大器的仪器仪表放大电路［3］，电路具有较高的共模和差模输入阻抗、很低的输出阻抗、较高的共模抑制比以及精确稳定的增益。第一级的两个放大器工作在同相结构，它们的闭环输入电阻较高，起到高输入阻抗缓冲器的作用，第二级放大器构成输出级，具有很低的闭环输出电阻。

整个电路放大倍数为：

通过外接增益电路Rg的调整可以改变增益A的值。通常A可以在1～1000范围内调节，Rg的值一般为几十到上百欧姆。

3.3 A／D转换

图2 放大电路

图3 AD转换器与控制器连接图

3.4 DASP系统简介

DASP（Data Auto Sam-pleand Process System）数据采集和处理系统软件是为解决工程静动态测试中的数据采集、信号分析处理、波形显示、数据存储等实际问题而开发的一套运行在Windows操作系统上的多通道信号采集和实时分析软件［5］。该系统软件的设计较好地融入了虚拟测试仪器的思想，以便携式计算机为仪器的硬件平台，将测试仪器的功能和仪器面板、控制件均设计成相应的软件，同时在计算机的总线槽内配以对应的、可实现数据交换的模块化硬件接口。系统仪器测试功能和接口输入数据，在计算机软件系统的协调与处理下便构成了虚拟式仪器，虚拟仪器的测试功能、面板控制均实现了软件化。在DASP系统中，软件的设计充分利用了计算机的各种智能化功能，在信号分析和处理功能设计上基本实现了功能不低于常用硬仪器的虚拟仪器，且更灵活、方便。DASP系统注重实用、内容丰富、功能先进，在爆破测试和地震信号测量等领域均有广阔的应用前景［6］。

4 系统工作流程［7］

图4 系统工作流程图

系统上电后，运行DASP系统软件开始工作。设置相关参数，初始化系统内核，若不需要开始采集数据，系统进入待机状态，软件中点击采集则进入信号采集部分。传感器将采集的信号通过电缆传输至信号调理电路进行滤波、整流、放大处理，模数转换电路将整理后的信号转换为数字信号后进行数据缓存，当缓存到一定容量后将数据存储到硬介质中，便于数据分析。若需要实时数据分析，则打开实时处理软件，进行信号波形的实时显示以及频谱的分析。采集事后，通过DASP系统可调用数据从时间域和频域等方面进行周期、相关性、功率谱分析。

5 实测数据分析

本系统可采用220V电源供电、也可使用UPS或便携式电池供电。经功耗测试后，若使用便携式电池工作，系统可连续运行1小时左右，完全满足测量时间的要求。在某海域航行的船舶舱室内，系统进行了噪声测试。试验测量时，船舶航速13节，天气晴朗，无风浪，环境噪声干扰可以忽略。测量曲线如图5所示［8］。信号的幅值明显。

图5 噪声测试图

6 结语

基于DASP的船舶舱内噪声信号测量系统解决了便携性、实时读取以及大容量等难题，并进行了海上试验。试验结果表明，该系统能准确、可靠的工作，并能实时测试信号显示信号图谱。测试数据说明船舶舱内噪声信号具有较好的观测性，不同点源所测信号具有一定的差异性，这为深入研究监测舱内噪声，降低噪声对环境的干扰打下了良好的基础。

［1］姚熊亮，戴伟，唐永生.船舶上层建筑舱室噪声灰色预测［J］.中国造船，2006，47（1）：36～42

［2］蔡旭东，等.基于MSP430单片机的轴频电场测量系统研究［J］.船海工程，2010，39（2）：93～96

［3］刘树棠，朱茂林，等.电路设计［M］.西安：西安交通大学出版社，2004：62～71

［4］魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002，119～273

［5］DASP操作使用手册［Z］.北京：东方振动和噪声技术研究所，2008

［6］李力，汤双清，高虹亮.工程数据采集处理系统及其应用［J］.水利电力施工机械，2000，21（2）：32～35

［7］陈岭丽，冯志华.检测技术和系统［M］.北京：清华大学出版社，2005，376～388

［8］胡广书.数字信号处理理论、算法与实现［M］.北京：清华大学出版社，2003：460～520