Nghiên cứu xây dựng máy đo độ ồn trên PDA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÁY ĐO ĐỘ ỒN TRÊN PDA NGÀNH : ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐẶNG THANH NGHỊ Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG Hà Nội - 2009 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn em "Nghiên cứu xây dựng máy đo độ ồn PDA" Luận văn bao gồm vấn đề sau : - Nghiên cứu phần mềm LABVIEW Tool PDA - Nghiên cứu nguyên lý đo độ ồn - Nghiên cứu PDA - Thiết kế, xây dựng máy đo độ ồn dùng PDA Em xin cam đoan luận văn em làm hướng dẫn TS Nguyễn Thị Lan Hương Hà Nội, ngày tháng năm 2009 Học viên Đặng Thanh Nghị ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -2- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MỤC LỤC Trang Lời mở đầu Chương I : Thiết bị số hỗ trợ cá nhân - PDA I.Lịch sử II.Phân loại III.Các tính điển hình Chương II : Phần mềm LabView công cụ lập trình cho PDA 12 I.Môi trường lập trình LabView 20 1.Lập trình Graphic 20 2.Tạo giao diện lập trình xử lý 24 3.Thiết bị đo ảo 29 II Labview- công cụ sử dụng cho PDA 31 1.Những đặc điểm trội module Labview PDA 8.5 31 2.Thu thập số liệu LabView PDA 32 III.Giới thiệu card thu thập số liệu dùng cho PDA 48 1.Sơ đồ khối CF-6004 49 2.Sơ đồ chân đầu nối DB15 CF-6004 .50 3.Thông số kỹ thuật 51 Chương III: Độ ồn thiết bị đo độ ồn 52 I Âm miền âm 52 Bản chất âm ồn 52 Các đặc tính nguồn âm miền âm 55 Tốc độ lan truyền sóng âm 56 ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -3- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC II Tiêu chuẩn độ ồn thiết bị đo độ ồn 57 Phạm vi lĩnh vực áp dụng 58 Tiêu chuẩn trích dẫn 59 Định nghĩa 59 Thiết bị đo 63 Các phép đo 65 Thông tin cần ghi chép 71 Tiêu chuẩn Việt nam TCVN5949-1995 TIẾNG ỒN KHU VỰC CÔNG CỘNG VÀ DÂN CƯ MỨC ỒN TỐI ĐA CHO PHÉP 72 Phạm vi ứng dụng 72 Giá trị giới hạn 72 Chương IV : Tính toán, thiết kế, xây dựng thiết bị đo độ ồn 72 I.Mô hình thiết bị đo 72 1.Microphones 74 Các mạng trọng số tần lọc 74 II.Thiết kế thiết bị 77 1.Data source 77 2.Chia độ (Scaling) 78 3.Bộ lọc trọng số 78 4.Đo độ ồn 78 Kết luận hướng phát triển 80 ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -4- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LỜI MỞ ĐẦU Tiếng ồn có tác động xấu sức khỏe người hạ thấp chất lượng sống xã hội làm che lấp tiếng nói trao đổi thông tin, làm phân tán tư tưởng dẫn đến làm giảm hiệu lao động, tiếng ồn quấy rối yên tĩnh giấc ngủ người Tác động lâu dài tiếng ồn người gây bệnh ngủ, suy nhược thần kinh, làm trầm trọng thêm bệnh tim mạch huyết áp cao Sức chịu đựng thể không chịu đựng tiếng ồn dẫn đến suy nhược, đau đầu Đối mặt thường xuyên với tiếng ồn ngủ, đau đầu triền miên, thể suy nhược nặng, thần kinh dễ bị kích thích, trạng thái lo âu, trầm cảm Việc xác định độ ồn giúp có nhìn môi trường sống làm việc để điều chỉnh việc cấp thiếp Ngày thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân thường gọi PDA (tiếng Anh: Personal Digital Assistant) thiết bị cầm tay vốn thiết kế sổ tay cá nhân ngày tích hợp thêm nhiều chức PC Ngoài tính PC, PDA tích hợp thiết bị vào chuẩn camera, microphone… Việc ứng dụng PDA tích hợp chúng đem lại cho ứng dụng lớn tiện lợi kinh tế LabVIEW (viết tắt nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) phần mềm máy tính phát triển National Instruments LabVIEW biết đến ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với ngôn ngữ lập trình truyền thống ngôn ngữ C, Pascal Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua hình ảnh trực quan môi trường sọan thảo, LabVIEW gọi với tên khác lập trình G (viết tắt Graphical) ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -5- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LabVIEW dùng phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật tự động hóa, điều khiển, điện tử, điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y sinh, Đặc biệt phiên LabVIEW cho hệ điều hành Window, Linux, Hãng NI phát triển mô-dun LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân PDA Trong khuôn khổ luận văn xin trình bày cách xây dựng máy đo độ ồn PDA ứng dụng phần mềm LabView với tool PDA Luận văn bao gồm bốn phần sau: Chương I: Thiết bị số hỗ trợ cá nhân - PDA Trình bày định nghĩa, phân loại tính điển hình PDA Chương II : Phần mềm LabView công cụ lập trình cho PDA Trình bày phần mềm LabView, modul PDA, lập trình đồ họa, cách thức xây dựng giao diện phương thức xử lý liệu cách xây dựng thiết bị đo ảo LabView Chương III: Độ ồn thiết bị đo độ ồn Trình bày đặc tính âm miền âm Các tiêu chuẩn độ ồn thiết bị đo độ ồn Chương IV : Tính toán, thiết kế, xây dựng thiết bị đo độ ồn Trình bày mô hình máy đo độ ồn, tính toán thử nghiệm hệ thống ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -6- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHƯƠNG I: THIẾT BỊ KỸ THUẬT SỐ HỖ TRỢ CÁ NHẬN – PDA Hình 1: PDA Thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân thường gọi PDA (tiếng Anh: Personal Digital Assistant) thiết bị cầm tay vốn thiết kế sổ tay cá nhân ngày tích hợp thêm nhiều chức Một PDA thường có đồng hồ, sổ lịch, sổ địa chỉ, danh sách việc cần làm, sổ ghi nhớ, máy tính bỏ túi Lịch sử Thuật ngữ PDA John Sculley đưa lần vào ngày tháng 1, 1992 hội chợ Consumer Electronics Show tổ chức Las Vegas, Nevada, để thiết bị cầm tay Newton PDA hãng Apple Tuy nhiên thiết bị trước Psion hay Sharp Wizard coi PDA Phân loại Trước PDA thường chia làm dòng Palm Pocket PC, cách phân loại dựa hệ điều hành máy sử dụng Các tính ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -7- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC đại ngày làm cho việc phân loại khó khăn gây nhiều bàn cãi Nếu phân loại theo hệ điều hành chia làm loại: Máy sử dụng hệ điều hành Palm OS Palm, Inc., đại diện Tréo 650 sử dụng hệ điều hành Palm OS 5.4 có tính điện thoại hay Tungsten T5 điện thoại sử dụng hệ điều hành Palm OS 5.2 Máy sử dụng hệ điều hành Windows Mobile hay Pocket PC Microsoft, đại diện dòng máy iPaq HP; iPaq 6365 sử dụng hệ điều hành Windows Mobile Pocket 2003 có tính điện thoại iPaq rx 3471 Windows Mobile Pocket 2003Se phone hay máy hãng O2 có tính điện thoại; O2 Xphone SmartPhone sử dụng hệ điều hành Windows 2003 Smartphone Edition Máy sử dụng hệ điều hành BlackBerry hãng Research In Motion Máy sử dụng hệ điều hành Symbian với đại diện tiêu biểu Nokia 9500 sử dụng hệ điều hành Symbian OS 7.0S, Series 80; P910i Sony Ericsson sử dụng hệ điều hành Symbian OS, Series 70 Máy sử dụng hệ điều hành OS X với tiêu biểu Iphone hãng Apple Inc Ngoài máy dùng số hệ điều hành khác Motorola E680 dùng Linux Handheld Loại thiên hỗ trợ cá nhân nên tính điện thoại chưa tốt, loại sau thiên tính điện thoại Nếu phân loại theo loại chip có loại : - Intel XScale - Texas Instruments TI Omap - Samsung - Qualcomm Các tính điển hình Nhiều PDA vào mạng thông qua Wi-Fi, Bluetooth hay GPRS Một đặc điểm quan trọng PDA chúng đồng liệu với PC Hiện tính hỗ trợ cá nhân PDA giúp nghe nhạc, ghi âm, xem phim, gọi điện thoại, chụp ảnh, quay phim, tìm đường, điều khiển ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -8- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC thiết bị điện tử từ xa có cổng giao tiếp truyền thống USB, loại thẻ nhớ cổng hồng ngoại Cũng gọi điện thoại với giao tiếp không dây dùng chuẩn GSM/GPRS hay CDMA Một PDA điển hình có hình cảm ứng (touch screen) để nhập liệu, khe cắm cạc nhớ dành cho thiết bị lưu trữ liệu cổng hồng ngoại (IrDA port) để nối mạng Các PDA hệ sau thường tích hợp Wi-fi Bluetooth 3.1 Màn hình cảm ứng Nhiều PDA thời kỳ đầu, chẳng hạn Palm Pilot, có hình cảm ứng để tương tác với người dùng, với vài phím dành cho phím tắt gọi chương trình thường dùng Các PDA dùng hình cảm ứng, có thiết bị Windows Pocket PC, thường có bút stylus để viết hình Hoạt động tương tác thường thực qua việc chạm vào hình để kích hoạt nút bấm lựa chọn trình đơn, kéo bút stylus để đánh dấu văn soạn Việc nhập liệu văn thường thực hai cách: Sử dụng bàn phím ảo, bàn phím hình, người dùng chạm bút vào chữ Riêng Iphone hãng Mac Apple trình làng từ quý - 2007 sử dụng bàn phím ảo, đặc biệt dòng máy sử dụng hình cảm ứng nhiệt, dùng tay để sử dụng bàn phím ảo, hình cảm ứng nhiệt cảm nhận vùng bạn chạm ngón tay vào có trung tâm phím để nhận biết phím Sử dụng công nghệ nhận dạng chữ từ, chữ từ viết hình, sau "dịch" thành chữ trường văn kích hoạt Mặc dù có dự án phát triển nghiên cứu xác, kiểu nhập liệu đòi hỏi kiên nhẫn người dùng, thường không xác Các PDA dành cho sử dụng kinh doanh, có BlackBerry Treo, có bàn phím đầy đủ, vành trượt (scroll wheel) vành ngón (thumb ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 -9- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC wheel) để phục vụ cho việc nhập định hướng liệu, bên cạnh với việc hỗ trợ nhập liệu từ hình cảm ứng Còn có loại bàn phím kích thước đầy đủ gấp cắm trực tiếp vào PDA phép gõ phím theo kiểu thông thường BlackBerry có chức bổ sung chẳng hạn phím liên quan đến thư điện tử ứng dụng 3.2 Cạc nhớ Đa số PDA có dạng khe cắm cạc nhớ Khe cắm SD (Secure Digital) loại khe cắm chuẩn cho PDA Mặc dù ban đầu thiết kế cho nhớ, năm gần đây, việc phát minh chuẩn SDIO cho phép thứ cạc Wi-Fi Webcam cắm vào khe cắm Các khe cắm Compact Flash dùng nhiều PDA để cung cấp thêm khả mở rộng Ví dụ, khe dành cho nhớ, khe dành cho Wi-Fi Một số PDA có cổng USB, chủ yếu dành cho USB flash drive 3.3 Nối mạng Mỗi PDA có cổng hồng ngoại để nối mạng Điều cho phép liên lạc hai PDA, PDA thiết bị dùng cổng hồng ngoại, PDA máy tính có adapter hồng ngoại Hầu hết PDA đại có khả kết nối không dây theo công nghệ Bluetooth mà nhiều điện thoại di động, tai nghe thiết bị định vị toàn cầu sử dụng 3.4 Đồng hóa Một chức quan trọng PDA đồng hóa liệu với máy tính cá nhân Điều cho phép thông tin địa liên lạc lưu trữ phần mềm chẳng hạn Microsoft Outlook hay ACT! cập nhật sở liệu PDA Dữ liệu đồng hóa đảm bảo PDA có danh sách xác địa liên lạc, hẹn thư điện tử, cho phép người dùng truy nhập thông tin PDA máy tính cá nhân Việc đồng hóa ngăn mát thông tin lưu thiết bị trường hợp bị mất, bị lấy trộm, bị hủy Một ưu điểm khác việc nhập liệu PC thường nhanh nhiều, nhập liệu qua ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 10 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC 5.4.5 Các nguồn ồn riêng rẽ Khi môi trường tiếng ồn số nguồn ồn nhận mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A, tính dB, tính từ mức âm tiếp xúc nguồn riêng lẻ xuất khoảng thời gian T ⎡t L Aeq ,T = 10 lg ⎢ ⎣T n ∑ T 10 i =1 0.1LAEi i ⎤ ⎥ ⎦ Với: LAEi mức âm tiếp xúc nguồn ồn thứ i loạt n nguồn thời gian T giây t0: giây Nếu tiếng ồn gồm nhiều nguồn ồn riêng rẽ tương tự (tức có giá trị mức âm tiếp xúc ngang ) đo phương pháp ghi 5.4.2 số chu kì toàn phần tiếng ồn Có thể chọn cách khác: mức âm tiếp xúc chu kì tiếng ồn LAE, đo máy đo mức âm tiếp xúc xem 4.1 b) tính giá trị mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A, tính dB, công thức: LAeq,T= LAE+ 10lgn- 10lg (T/t0) Với: n: Số chu kỳ xuất khoảng thời gian T to:bằng giây 5.5 Chỉnh lý Các phép đo miêu tả tiêu chuẩn nhằm cung cấp mô tả vật lý đáng tin cậy tiếng ồn môi trường Để đánh giá tiếng ồn tác động lên người cần chỉnh lý giá trị đo để đạt có ý ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 66 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC nghĩa cho việc đánh giá Những chỉnh lý giá trị mức áp suất tương đương liên tục theo đặc tính A gọi mức đánh giá LAr, T Thông tin cần ghi chép Để thêm kết đo lường âm học, thông tin mục 6.1 cần ghi chép giữ gìn để đối chiếu Lượng thông tin 6.2 6.3 cần ghi chép thấy cần thiết 6.1 Kĩ thuật đo a) Loại thiết bị đo, phương pháp đo phép tính sử dụng; b) Mô tả khía cạnh thời gian phép đo, tức khoảng thời gian đo so sánh, bao gồm chi tiết lấy mẫu, sử dụng đến c) Các vị trí đo 6.2 Điều kiện tiến hành đo a) Điều kiện thời tiết; Hướng tốc độ gió mưa, nhiệt độ mặt đất độ cao khác, áp suất không khí, độ ẩm tương đối; b)Bản chất trạng thái mặt đất nguồn ồn vị trí đo c) Sự thay đổi tiếng ồn nguồn phát 6.3 Các số liệu định tính Các số liệu có ý nghĩa cho việc làm sáng tỏ kết a) Khả xác định vị trí nguồn gốc tiếng ồn b) Khả nhận biết nguồn âm c) Bản chất nguồn âm d) Tính chất âm ý nghĩa âm ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 67 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Tiêu chuẩn Việt nam TCVN5949-1995 TIẾNG ỒN KHU VỰC CÔNG CỘNG VÀ DÂN CƯ MỨC ỒN TỐI ĐA CHO PHÉP Phạm vi ứng dụng 1.1 Tiêu chuẩn qui định mức ồn tối đa cho phép khu vực công cộng dân cư Tiếng ồn dề cập đến tiêu chuẩn tiếng ồn hoạt động người tạo ra, không phân biệt loại nguồn gây ồn 1.2 Tiêu chuẩn áp dụng để kiểm soát hoạt động gây ồn khu vực công cộng dân cư Tiêu chuẩn không áp dụng cho mức ồn khu vực sản xuất công nghiệp phương tiện giao thông đường Giá trị giới hạn 1.3 Mọi hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt, có nguồn ồn không gây khu vực công cộng dân cưmức ồn vượt giá trị nêu bảng 1.4 Phương pháp đo ồn để xác định mức ồn khu vực công cộng dân cư qui định TCVN tương ứng Giới hạn tối đa cho phép tiếng ồn khu vực công cộng dân cư (Theo mức âm tương đương) TT dB(A) Khu vực Thời gian Từ 6h Từ 18h Từ 22h đến đến đến 18h 22h 6h 45 40 55 45 Khu vực cần đặc biệt yên tĩnh: 50 Bệnh viện, thư viện, nhà điều dưỡng, nhà trẻ, trường học Khu dân cư 60 Khách sạn, nhà ở, quan hành ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 68 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Khu vực thương mại, dịch vụ 70 70 50 Khu sản xuất nằm xen kẽ 75 70 50 khu vực dân cư Tiếng ồn qui định phương tiện công cộng chung bình khoảng 80 – 90dB(A) Nó tính theo công thức sau: TNI =4 x L10 – x L90 – 27 Với L10 Mức âm chung bình cho 10% 24 h L90 Mức âm chung bình cho 90% 24 h ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 69 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐO ĐỘ ỒN I.MÔ HÌNH THIẾT BỊ ĐO Thiết bị bao gồm : microphone, biến đổi tín hiệu, vài dạng lọc hay bù thị số, thiết bị số tương tự Sơ đồ khối thiết bị có dạng sau : > Microphone Preamplifier Attenuator Amplifier Amplifier > > Attenuator Meter Rectifier Lin/Log Converter DC Log External or Internal Filter DC Lin Outputs to Recorders AC Microphone asembly Measuring Amplifier ( may include weighting network and connect to external filter Frequency Analyzer ( includes weighting networks and filters for frequency analysis) Hình 28: Mô hình thiết bị đo độ ồn Microphones Microphone có vị trí quan trọng hệ thống Về mặt vật lý phải nhỏ đến mức không ảnh hưởng đến truyền âm không ảnh hưởng tới áp suất âm mà cần đo Nó phải có trở kháng cao so với trường âm điểm đo phải khắc độ ổn định, có đáp ứng tần rộng hoạt động mà không làm méo ( pha biên độ ) dải động học rộng mức áp suất âm mà cần phải đo Khi dùng thiết bị đo mức áp suất thấp phải có mức ồn tự phát sinh kế thừa thấp Để sử dụng phương pháp khắc độ phải có màng ngăn tốt Tất yêu cầu phải đáp ứng sử dụng microphone điện dung microphone electret với thiết bị có điện trở kháng cao điều đầu vào microphone - có dạng truyền trở kháng hệ số dB - gắn trực tiếp vào microphone để ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 70 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC dùng sợi dây cáp dài nối microphone với phần lại thiết bị đo 1.1 Microphone điện dung Thiết bị Microphone điện dung màng kim loại mỏng đặt gần với backplate kim loại cứng cách điện Khi d.c ổn định, điện áp phân cực E0 (thường vào khoảng 200V ) điện áp đo màng ngăn backplate, cung cấp từ nguồn điện kháng lớn để đưa số thời gian R (Ct + Cs) dài chu kỳ biến đổi áp suất âm tần số thấp cho việc đo đạc Nếu áp suất âm tác động lên màng ngăn gây thay đổi trị số Ct lượng ∆Ct dịch chuyển màng ngăn điện áp đầu V0 cung cấp từ microphone cho khuếch đại : V0 (t ) = ∆C (t ) ∗ E0 Ct + Cs Vì Ct >> ∆C(t) nên độ nhạy microphone tỉ lệ thuận với điện áp phân cực tỉ lệ nghịch với tổng điện dung ( Ct + Cs ) Ngoài ra, muốn microphone có độ nhạy áp suất không phụ thuộc vào tần số trị số ∆C(t) phải độc lập với tần số, điều có nghĩa màng ngăn phải điều khiển ‘cứng’ Tất yêu cầu chất tần số nói yêu cầu chất âm đo Các microphone điện dung thiết bị xác chúng chế tạo ổn định kích cỡ có độ nhạy cao ( 50mV/1pascal) Việc lựa chọn Microphone điện dung cho ứng dụng riêng dựa dải tần số đáp ứng được, phạm vi động học mức áp suất âm phạm vi ảnh hưởng âm Microphone điện dung microphone áp suất có nghĩa đầu điện tỉ lệ thuận với áp suất âm tác động lên màng ngăn Ở tần số cao mà kích thước màng ngăn trở thành phần đáng kể bước sóng, ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 71 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC có mặt màng ngăn đường sóng âm tạo chướng ngại vật cao trở mà sóng bị phản xạ Khi điều xảy ra, có mặt microphone tham gia vào trường âm tạo áp suất cao để màng ngăn cảm nhận Một microphone có đáp ứng áp suất phẳng cho kết sai Vì microphone điện dung đặc biệt có trường tự chế tạo Chúng sử dụng điều kiện trường tự với sóng tác động vuông góc lên màng ngăn Đáp ứng tần áp suất điều chỉnh để có đáp ứng phẳng với sóng âm xuất chúng không bị ảnh hưởng có mặt microphone Microphone trường tự dùng cho đồng hồ đo mức âm Áp suất hiệu dụng tăng có mặt microphone trường âm vẽ hiệu chỉnh lưu giữ tự (h6.6)đối với microphone có đặc tuyến cho Các hiệu chỉnh cộng thêm cho đáp ứng áp suất microphone Microphone với đáp ứng áp suất phẳng chủ yếu dùng nối (couplers) phải dùng với lưu ý tới va chạm trường tự Một microphone điện dung hoàn chỉnh bao gồm phần : Một ống microphone tiền khuếch đại thường có dạng hình ống có đường kính đường kính ống microphone Bộ tiền khuếch đại đặt bên đồng hồ đo mức âm Nói chung microphone có đường kính lớn có độ nhạy cao độ che phủ khoảng tần tỉ lệ nghịch với kích thước màng ngăn Hầu hết microphone đuợc tiêu chuẩn hoá dạng inch 1/2 inch thương mại sử dụng dạng 1/4 inch 1/8 inch Microphone màng nhỏ thích hợp để đo mức áp suất cao 1.2 Electret microphone Ngoài yêu cầu microphone điện dung cho phép đo xác cần phải có nguồn điện áp chiều cho phân cực dẫn tới hướng tìm kiếm microphone gắn liền với nguyên tố phân cực Nguyên tố ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 72 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC gọi electret Trong 10 năm gần electrets chế tạo có độ ổn định cao thời gian dài sử dụng để phân cực lại mirophone điện dung Nhiều vấn đề thiết kế cải thiện ứng dụng vật liệu electret lớp phủ mỏng bề mặt backplate Nguyên tắc hoạt động microphone điện dung electret tất nhiên giống nguyên tắc hoạt động microphone điện dung thông thường Hiện nay, giá thành microphone điện dung electret tính sơ sơ vượt so với microphone điện dung thông thường đánh giá cao có công suất tiêu thụ thấp cấu tạo đơn giản nhờ kết hợp với linh kiện điện tử 1.3 Microphone để làm việc tần số thấp Sự làm việc microphone điện dung tần số thấp phụ thuộc vào điều chỉnh áp suất tĩnh tỉ lệ trở kháng đầu vào tiền khuếch đại microphone với dung kháng hộp microphone Đáp ứng tốt khoảng 10Hz yêu cầu cho hầu hết phép đo quy định microphone Mở rộng tần số làm việc Hz tránh giảm độ nhạy microphone gây dịch chuyển không khí (gió) thay đổi áp suất đóng mở cửa sổ vào Microphone dùng cho nhiệm vụ tần thấp thời bao gồm hệ đặc biệt thiết kế để đo tăng vọt âm mà có đáp ứng tốt tới phần nhỏ Hz Các mạng trọng số tần lọc Nhiều năm gần đây, thiết bị với đặc tính trọng số – tần tương ứng với độ nhạy tai cường độ âm thấp, trung bình cao đưa lại thiết bị đơn giản đo độ ồn phạm vi rộng cuả âm Các trọng số biết sóng A, B C có trọng A sử dụng thường xuyên mang lại kết hợp lý phép đo áp suất âm theo ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 73 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC trọng số A chấp nhận tiêu chuẩn hoá toàn giới Các đường cong đáp ứng chúng cho sau : Hình 29: Đồ thị đặc tính trọng số – tần Độ ồn môi trường độ ồn nơi làm việc đo với trọng A không nhiều thiết bị đo mức âm sử dụng trọng khác A Không thể khẳng định trọng A tuyệt đối có nghĩa kết phép đo trọng A phép đo giá trị ồn hay mức độ ầm ĩ tốt cho tất kiểu ồn chúng quy định tiêu chuẩn hoá, phương pháp thông thường thừa nhận Nó dùng nhiều đo tần số thấp Độ ồn máy bay trường hợp đặc biệt độ ồn phân tích lúc third-octave bands mức dải riêng biệt lấy mẫu 5s, trọng số cho cho đáp ứng hình dạng mức ồn quan sát theo decibel Sự gần hình dạng đạt nhờ sử dụng hệ thống đơn giản, đồng hồ đo mức âm với tiêu chuẩn hoá trọng D ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 74 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Thiết bị đo mức áp suất âm với kỹ thuật số thể sau: Từ kết luận từ nghiên cứu ảnh hưởng tiếng ồn lên người tiêu chuẩn độ ồn ta dẫn đến việc đặt toán cho thiết bị đo (Hay yêu cầu thiết bị đo): - Đo mức áp suất âm - Đo mức áp suất âm trung bình - Đánh giá tần số tiếng ồn Sơ đồ khối thiết bị sau : Tín hiệu Cảm biến Xử lý tín hiệu Đầu / Hiển thị Kết Hình 30 Các phần tử hệ thống đo Để xác định tần số âm ta phải sử dụng đến xử lý tín hiệu làm phép phân tích phổ Vì phải dùng cảm biến biến áp suất âm thành tín hiệu điện Các giá trị tính toán hiển thị lưu giữ nhớ Sử dụng kỹ thuật số để tính toán phổ tín hiệu hiệu Việc phân tích phổ dựa theo biểu thức sau: X(ω) có X (ω ) = ∞ ∫ x (t ) e − j ω t dt −∞ thể nhận từ tín hiệu biến đổi theo thời gian x(t) theo công thức biến đổi Fourier: Hay biểu diễn dạng số: X ( e jω T ) = ∞ ∑ x[nT ]e − jnωT n = −∞ Với T=NTe chu kỳ lấy mẫu tín hiệu N số giá trị rời rạc ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 75 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Có hai điểm cần trọng phân tích phổ số giá trị rời rạc N phép tính phải thực hiện, việc tính toán tần số lấy mẫu tín hiệu đặc biệt ý, đòi hỏi phải có lấy mẫu đủ nhanh Phần xử lý tín hiệu việc lấy áp suất âm trung bình, đồng thời phân tích tín hiệu để tìm tần số chủ đạo vài tần số có mức độ ảnh hưởng tương đối lớn tần số khác ồn (sử dụng thuật toán FFT) Phần thị nhiệm vụ cho phép kiểm tra tức thời đồng thời lưu giữ làm tổng kết theo luật thống kê II.THIẾT KẾ THIẾT BỊ Sơ đồ khối thiết bị đo ảo - đo độ ồn Labview PDA Hình 32: Sơ đồ khối thiết bị đo ảo - đo độ ồn Labview PDA ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 76 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC 1.Data source : Tín hiệu đầu vào (thông tin độ ồn) đến từ nguồn sau - Dữ liệu thu từ card thu thập số liệu (DAQ) - Dữ liệu đọc từ file số liệu - Tín hiệu mô Tiếng ồn thông thường có tần số từ 20Hz ÷ 20.000 Hz, theo định lý Shannon fS = 2fmax đo fS tần số lấy mẫu tối thiểu, fmax tần số tối đa tín hiệu cần lấy mẫu, Các PDA chế tạo thường có tần số lấy mẫu lên tới 200kS > đủ để lấy mẫu tín hiệu 2.Chia độ (Scaling) : Các microphone có độ nhạy lên tới 50mV/1 pascal Riêng với PDA đại có ADC 14 bit (1 bit dấu), dải đo ±5 V > Điện áp tối thiểu mà PDA phân biệt 5/213 = 0.0006V = 0.6mV > Độ phân giải PDA đủ để đáp ứng độ nhạy microphone 3.Bộ lọc trọng số : Các phép đo âm cố gắng mô tả cảm nhận chủ quan âm tai người Vì cảm biến (microphone) cung cấp đáp ứng tuyến tính, tai người lại có cảm nhận phi tuyến, phải có lọc trọng số để giải mâu thuẫn này.Theo tiêu chuẩn TCVN5964 ta chọn lọc trọng số A (A weighting filter) 4.Đo độ ồn : Ta xây dựng máy đo độ ồn PDA dùng Window mobile 6.0 có front panel sau: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 77 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hình: Font panel máy đo độ ồn L Aeq ,T ⎡ t p A2 (t ) ⎤ dt ⎥ = 10 lg ⎢ ∫ t t p − ⎣ t1 ⎦ Theo TCVN5964, LAeq,T mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A, dB, xác định khoảng thời gian T, t1, kết thúc t2 p0 áp suất âm đối chiếu (20 m Pa) PA(t) áp suất âm tức thời theo đặc tính A tín hiệu âm Để đo mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A khoảng thời gian ngắn, ta làm sau : Hình 33: Bản control panel Labview máy đo độ ồn ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 78 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ở ta đặt tần số lấy mẫu fS = 51200, kích thước đệm 51200 (đủ để chứa liệu giây) Đo mức áp suất âm tương đương liên tục theo đặc tính A khoảng thời gian dài : Nhiều ta cần phải đo LAeq,T khoảng thời gian dài (đo với toàn dải tần số 20Hz ÷ 20.000 Hz) Trong trường hợp ta phải chọn tần số lấy mẫu (theo định lý Shannon) tối thiểu 40kS/s, ta chọn tần số lấy mẫu 51.2kS/s Như ta cần thu thập tới 184 triệu mẫu theo cách tính : 3600 x 51200 = 184.320.000 mẫu/giờ ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 79 - LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Luận văn trình bày ứng dụng phần mềm LabView việc xây dựng máy đo độ ồn PDA Các phân tích, thiết kế xây dựng chi tiết máy đo độ ồn PDA Cách xây dựng giao diện PDA dùng LabView Phân tích đặc tính âm Phương pháp xử lý âm lọc nhiễu sử dụng với PDA Máy đo độ ồn thiết kế luận văn hoàn toàn cài đặt với các dòng máy PDA khác Tuy nhiên, luận văn vấn đề truyền thông chưa đề cập đến cách sâu sắc, thiết kế dừng lại việc sử dụng chế độ đo hiển thị chỗ Do PDA ngày gắn kèm với điện thoại di động, việc nghiên cứu truyền liệu đo qua GMS internet vấn đề cần quan tâm Đây hướng phát triển đề tài ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA: 2006-2008 - 80 - ... LỜI CAM ĐOAN Đề tài luận văn em "Nghiên cứu xây dựng máy đo độ ồn PDA" Luận văn bao gồm vấn đề sau : - Nghiên cứu phần mềm LABVIEW Tool PDA - Nghiên cứu nguyên lý đo độ ồn - Nghiên cứu PDA - Thiết... cách xây dựng thiết bị đo ảo LabView Chương III: Độ ồn thiết bị đo độ ồn Trình bày đặc tính âm miền âm Các tiêu chuẩn độ ồn thiết bị đo độ ồn Chương IV : Tính toán, thiết kế, xây dựng thiết bị đo. .. NI phát triển mô-dun LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân PDA Trong khuôn khổ luận văn xin trình bày cách xây dựng máy đo độ ồn PDA ứng dụng phần mềm LabView với tool PDA Luận văn bao gồm bốn phần sau: