基于“柔性測試”技術的噪聲源定位分析系統(tǒng)

　　1、引言
　　
　　“柔性測試”技術是以相關技術為依托，滿足測試測量需求的系統(tǒng)設計與實現(xiàn)技術。它以虛擬儀器技術、測試測量技術、機電一體化技術、軟件技術、通信及網(wǎng)絡技術為核心，是現(xiàn)代測試技術的代表之一，它的特點有：（1）適用性：滿足多種測試環(huán)境要求，提供多種測試性能，融合多種信號測試能力；（2）靈活性：發(fā)揮模塊化、插件化、分布式設計的靈活性，根據(jù)客戶需求改變測試系統(tǒng)的功能及性能；（3）可擴展性：跟進相關技術進展，實現(xiàn)測試能力的不斷提高。噪聲源定位分析系統(tǒng)（SoundSourceLocalizat*tem，簡稱SSLS）正是基于“柔性測試”技術開發(fā)的，具有靈活性、適應性、拓展性等特點的現(xiàn)代測試系統(tǒng)，其在設計伊始便將“柔性測試”技術貫穿于系統(tǒng)的每一個環(huán)節(jié)。
　　
　　2、系統(tǒng)結構
　　
　　SSLS的系統(tǒng)結構如圖1所示：　　
　　基于“柔性測試”技術設計的SSLS由麥克風陣裝置、傳輸線纜和主機組成：
　　
　　麥克風陣裝置擁有*的設計（標準陣列）：共有8根橫梁，每根橫梁上放置8支內置麥克風。每根橫梁通過SMB接口使每支麥克風與主體支架相聯(lián)，在主體支架中心安置的攝像頭，用于拍攝實景。整個裝置的特點是：靈活、小巧、輕便、易于安裝——當其中一支麥克風出現(xiàn)問題，只需更換相應橫梁，無需作其他改變；當需要增加或減少麥克風時，只需安裝或拆卸相應橫梁。整個麥克風陣裝置充分體現(xiàn)了“柔性測試”技術的靈活性和拓展性。　　
　　傳輸線纜用于將陣列裝置轉換的電信號同步傳輸至系統(tǒng)主機，它具有長度一致、通道之間隔離與屏蔽等特點。
　　
　　主機是SSLS的核心，硬件部分包括PXI機箱、控制器以及多通道動態(tài)信號采集卡。8塊動態(tài)信號采集卡實現(xiàn)聲音信號的同步采集，尤其帶有抗混疊濾波功能，具有精度高、動態(tài)范圍大等特點，專為動態(tài)信號采集而設計。PXI機箱背板總線為信號采集提供可靠保證：跨板卡的兩個通道同步采集1kHz信號，相位差保證在0.1度內；控制器為實時測試和控制應用程序提供了高性能平臺。SSLS采用LabVIEW環(huán)境開發(fā)的系統(tǒng)軟件，該軟件能夠控制系統(tǒng)硬件進行多通道聲音信號的同步采集與分析；采用波束形成技術計算聲場分布，然后將聲場分布圖疊加在實景圖片上，直觀地反映出噪聲源的位置。系統(tǒng)軟件還具備陣形效果仿真功能，用戶可以對根據(jù)環(huán)境、信號特性等因素配置的多種麥克風陣型進行效果仿真，獲取所配陣型的測量效果，為選擇合適的陣型提供依據(jù)，具備很強的適應性和拓展性。
　　3、柔性技術的體現(xiàn)
　　
　　作為“柔性測試”技術的和堅定的實踐者，我們將“柔性測試”技術滲透到SSLS設計的每一個環(huán)節(jié)，具體表現(xiàn)在：
　　
　　定位算法的選擇：考慮到聲場狀況、噪聲設備的多樣性等問題，系統(tǒng)采用了波束形成算法。這樣陣列裝置就不僅能夠采用規(guī)則陣列，同時也能夠采用許多不規(guī)則的陣列，如螺旋陣，隨機陣等，使得定位的應用面更加廣泛，能夠應對多種不同狀況；
　　
　　軟硬件平臺的選擇：利用虛擬儀器技術，選擇PXI硬件平臺。因為PXI總線具有很大的數(shù)據(jù)吞吐能力，能夠滿足多通道動態(tài)數(shù)據(jù)的同步采集需求，同時方便以后增加或刪除通道，使得系統(tǒng)具有很好的擴展性和靈活性；
　　
　　軟件技術：考慮到使用時可以方便快速的更換各種陣列裝置，系統(tǒng)軟件設計時，采用模塊化設計思路，當采用不同陣型的陣列裝置時，操作者只需導入相應陣型配置文件即可；
　　
　　系統(tǒng)設計時還結合了其它設計技術，比如陣列裝置的設計，采用了模塊化接口技術，使得陣列裝置的擴展、組裝與拆卸都方便快捷。
　　
　　4、系統(tǒng)功能
　　
　　SSLS可以使得聲音“可視化”，能夠幫助聲學工程師“看出”被測噪聲對象的聲場分布、找出各主要聲源點的位置，是從復雜的聲音信號中提取有用信息的利器，其具備的功能有：
　　
　　聲源定位：顯示分析平面內各處的聲場相對能量之大小，根據(jù)該能量分布圖可找出各個主要聲源的位置；
　　
　　識別不同聲源：顯示頻帶上的聲場分布情況，從而在嘈雜的聲音環(huán)境中識別出不同頻帶上的主要聲源；
　　
　　聲源信號分離與分析：從復雜的聲音信號中分離出位置的聲源信號，然后對該聲源信號進行聲音回放與頻譜分析，用戶也可以對分離出來的信號進行自定義分析；
　　
　　頻譜分析：根據(jù)用戶設置，可對特定時間段的聲信號進行頻譜分析；
　　
　　聯(lián)合時頻分析：以時間、頻率為坐標軸，顯示聲音信號能量譜信息。
　　
　　5、系統(tǒng)特點
　　
　　SSLS充分融合了“柔性測試”技術和聲音處理技術，具有如下特點：
　　
　　多聲源定位：在允許的分辨率范圍內，系統(tǒng)能夠同時對多個聲源進行定位。
　　
　　方便的陣列放置：系統(tǒng)區(qū)別于一般的近場聲全息方法，無須將麥克風陣列貼近被測對象表面（d<<λ），在增大了系統(tǒng)的“視野”的同時，還避免了近場聲全息方法對陣列位置的局限性。
　　
　　靈活的陣形配置：系統(tǒng)的陣形能夠根據(jù)不同的聲場情況進行靈活配置，從而獲得理想的分析效果，因此系統(tǒng)能夠應用于多種不同的聲場狀況。
　　
　　直觀的顯示方式：系統(tǒng)在被測對象圖片上顯示聲場能量分布，通過觀察圖片就可以直觀的看出被測對象上聲源所在的位置。
　　
　　6、小結
　　
　　“柔性測試”技術是在復雜、多變的市場壓力下產(chǎn)生的新興測試技術，該技術的zui大優(yōu)勢在于它可滿足不同制造行業(yè)的復雜、多變的測試測量需求。“柔性測試”技術整合了虛擬儀器、測試測量、機電一體化、網(wǎng)絡通信及軟件等多種技術，是泛華測控在測試測量行業(yè)多年技術沉淀的一種提煉。SSLS秉承了“柔性測試”這一理念，將及時、有效的滿足客戶需求視為*追求，充分考慮需求多變性、復雜性以及成本可行性等因素，具有很強的靈活性、適應性、拓展性，能夠滿足客戶多種聲場狀況分析的需要，易安裝，易維護，充分順應現(xiàn)代測試系統(tǒng)的發(fā)展方向，是“柔性測試”技術的體現(xiàn)。