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第三章噪声测量设备-声级计

作者:多功能噪声频谱分析仪厂家 时间:2019-01-25 09:09   

  声级计是根据国际标准和国家标准按照一定的频率计权和时间计权测量声压级的仪器,它是声学测量中最基本最常用的仪器,适用于室内噪声、环境保护、机器噪声、建筑噪声等各种噪声测量。

  ① 由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波电路、指示电表、电源等部分组成。

  ② 以声级计为核心的测试系统,包括传声器、声级计、频谱分析仪、校准仪等。

  ③ 特点:体积小,重量轻、操作简单等特点,适用于现场测量。


  一、声级计的分类

  1. 按精度来分:根据最新国际标准IEC61672-1:2002和国家计量检定规JJG188-2002,声级计分为1级和2级两种。

  ① 1级声级计的准确度±0.7dB。

  ② 2级声级计的准确度±1dB。

  2. 按功能来分:

  ① 普通声级计:(指针或数字式)以人工读数方法测量瞬时声级;

  ② 积分声级计:测量某时间段平均声级的;

  ③ 精密脉冲声级计:测量持续时间很短,重复出现次数较多的噪声;

  ④ 噪声暴露计(剂量计):(个体声暴露计)测量声暴露量的;

  ⑤ 噪声统计分析仪:具有噪声统计分析功能的;

  ⑥ 噪声频谱分析仪:具有噪声频谱分析功能;

  ⑦ 实时噪声振动测量系统:具有实时噪声,频谱,声功率级、振动分析功能;

  3. 按大小来分:台式、便携式、袖珍式。

  4. 按指示方式:模拟指示(电表、声级灯)、数字指示、屏幕指示。


  二、声级计的基本结构:

  三、声级计的传声器:把声信号转换成电信号的换能器,也称之为话筒。(声音传感器的作用相当于一个话筒。它用来接收声波,显示声音的振动图象。但不能对噪声的强度进行测量)。常见的换能原理结构的不同可分为三种:

  ① 电动式传声器:(噪声小,阻抗底,但它的体积较大,频率响应不平直,易受电磁场干扰);

  ② 压电式传声器(结构简单,频率响应也较平直,但受温度影响较大,稳定性差)

  ③ 电容式传声器(完全改进了前两种的缺点、声级计就是使用电容式)。

  1. 电容传声器:(由一个非常薄的金属膜和与它相距很近的一个后极板组成,膜片和后极板相互绝缘,而构成一个电容器) 由膜片、电极组成,膜片和金属电极构成了电容的两个极板,实质上是一个平板电容。 当膜片受到声压的作用时,膜片便发生变形,使两个极板之间的距离发生了变化,于是改变了电容,测量电路的电压也发生了变化,实现了将声信号转变为电压信号的作用。声音传感器的工作原理 :声音传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动,导致电容的变化,而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压,经过A/D转换被数据采集器接受,并传送给计算机。

  2. 电容传声器的优点:具有动态范围大,灵敏度高、频率响应平直,受电磁场和外界振动影响较小在一般测量环境下稳定性好等,常用来进行精密声学测量,因而应用广泛,是声学测量中比较理想的传声器,

  3. 电容传声器的缺点:由于电容式传声器输出阻抗很高,因而要通过前置放大器进行阻抗变换。而且在较大湿度下,电容传声器两极板间容易放电并产生电噪声,严重时甚至无法使用 、结构复杂、成本高;膜片又薄又脆,容易破损。

  4. 传声器的外形尺寸有1英寸(Φ23.77 mm)、1/2英寸(Φ12.7 mm)、1/4英寸(Φ6.35 mm)、等。外径小,频率范围宽,能测高声级,方向性好,但灵敏度低,现在用得最多的是 1/2英寸,它的保护罩外径为Φ13.2 mm。


  四、选择传感器要注意的问题:

  1. 噪声测量设备区别主要在测量精度,而测量精度关健在于传感器的区别,2级或2级以上(国家标准允许的范围)声级计采用的传感器是金属膜的,它受环境影响小,动态范围大,频率响应平直,灵敏度高等优点。但成本高,所以正规的声级计均要千元以上。其中前端话筒就占了50%的价格。一级的更贵(需保证频宽10Hz~12KHz以后不掉)而进口高档传感器价格有的上万元。所以市埸上几百元所谓的声采集模块、声音检测模块 、咪头模块等根本就不能使用在正规的噪声检测更不能做为噪声监控的前端,其数据的准确性,可靠性,环境的适应性(室外复杂的环境)不能保障。

  2. 使用在电话机、手机、录音机中的驻极体传声器(咪头),虽然也是电容传声器,但由于它的膜片 材料是塑料薄膜,它成本底,受环境温度影响较大,电性能参数也很差,如:台湾泰仕、广州兰泰及香港衡欣或台湾在大陆组装的声级计,3级以下或没有精度标志,市场上价格为几百元不等。它不能满足声级计标准和检定规程的要求,送计量部门检定时将会判定检定不合格的或只能开具校准证

  3. 还有市场上出售的低价位声采集模块、声音检测模块 、咪头模块 声控开关(数字量输出直接驱动继电器模块,组成一个声控开关) 等,它们根据震动原理可识别声音的有无,可以检测周围环境的声音强度,但不能识别声音的大小或者特定频率的声音。所以价格很便宜。

  4. 声控开关是一种采用声音激发拾音器进行声电转换来控制开关的闭合,并经过延时后能自动断开的电子开关。经常使用在楼梯间等环境。

  龙芯智见(北京)LX-JHM232A环境噪声传感器


  5. 而正规的声级计采用的传感器是金属膜的,它采用的是镍膜或镀镍膜、(成本高,就噪声传感器的市埸价格一级的就要800元以上,二级也要480元/只)所以2级以上的声级计均要1000以上。


  五、声级计其它组成件:

  1、前置放大器:

  由于电容传声器电容量很小,内阻很高,而后级衰减器和放大器阻抗不可能很高,因此中间需要加前置放大器进行阻抗变换。

  1) 前置放大器通常由场效应管接成源极跟随器,加上自举电路,使其输入电阻,但输入电阻低影响低频响应,输入电容大则降低传声器灵敏度。

2) 另一种前置放大器是恒流源(ICP)放大器(如AWA14604型),它由恒流源供电,供电电流为2 mA~20 mA。使用该类放大器的好处是它将输出信号线和电源线合为一根线,这样就可以使用单根同轴电缆线和BNC插头座进行连接,并可连接长电缆。

  1. 衰减器:将大的信号衰减,提高测量范围。

  2. 计权放大器,将微弱信号放大,按要求进行频率计权(频率滤波),A、B、C及D频率计权频声级计中一般均有A计权,另外也可有C计权或不计权(Zero,简称Z)及平直特性(F)。

  3. 有效值检波器:将交流信号检波整流成直流信号,直流信号大小与交流信号有效值成比例。

  4. 检波器要有一定的时间计权特性,在指数时间计权声级测量中,

  1) “F”特性时间常数为0.125 s,

  2) “S”特性时间常数为1 s。在时间平均声级中,进行线性时间平均。

  3) “I”特性。为了测量不连续的脉冲声和冲击声,有的声级计设置有 “I”特性。

  ① I特性并不反应脉冲声对人耳的影响,在新的声级计标准中已不建议使用。

  ② 新的声级计标准还规定可以有测量峰值C声级的功能,用它来评价脉冲噪声。

  ③ 通常的检波器都是模拟检波器,这种检波器动态范围小,温度稳定性差。

  ④ 现新型的声级计均已采用数字检波器专利技术,大大提高了动态范围和稳定性。

  5、A/D:将模拟信号变换成数字信号,以便进行数字指示或送CPU进行计算、处理。

  6、数字指示器:以数字形式直接指示被测声级的分贝数,读数更加直观。

  7、CPU:微处理器(单片机),对测量值进行计算、处理。

  8、电源:一般是DC/DC,将供电电源(电池)进行电压变换及稳压后,供给各部分电路工作。

  9、打印机:打印测量结果,通常使用微型打印机。

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