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 - 2008 LêI 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 chÝnh em lµm d-íi sù h-íng dÉn cđa TS Ngun Thị Lan H-ơng Hà Nội, ngày Ng-ời h-ớng dẫn Nguyễn Thị Lan H-ơng tháng năm 2008 Học viên Đặng Thanh Nghị MụC LụC Trang Lời mở đầu .4 Ch-ơng I : Phần mềm LabView công cụ lập trình cho PDA I.Môi tr-ờng lập trình LabView. 1.Lập trình Graphic 2.Tạo giao diện lập trình xử lý . 10 3.Thiết bị đo ảo 14 II Labview- công cụ sử dụng cho PDA. 15 1.Những đặc điểm trội module Labview PDA 8.5……….…… .15 2.Thu thËp sè liÖu LabView PDA………………………….…… .17 III.Giíi thiƯu card thu thËp sè liƯu dùng cho PDA. 31 1.Sơ đồ khối CF-6004 31 2.Sơ đồ chân đầu nối DB15 cđa CF-6004 ………………………… … 32 3.Th«ng sè kü tht . 33 IV.Mô hình thiết bị đo PDA sử dụng LABVIEW .34 Ch-ơng II : Độ ồn thiết bị đo độ ồn 34 I Âm miền âm 34 Bản chất âm ồn 34 Các đặc tính nguồn âm miền âm .37 Tốc độ lan truyền sóng âm .37 II Tiêu chuẩn độ ồn thiết bị đo độ ồn 39 Phạm vi lĩnh vực áp dụng . 40 Tiêu chuẩn trích dẫn . .40 Định nghĩa . 40 Thiết bị đo .44 Các phép đo . 45 Thông tin cần ghi chép .50 Tiªu chuÈn Việt nam TCVN5949-1995 TIếNG ồN KHU VựC CÔNG CộNG Và DÂN CƯ MứC ồN TốI ĐA CHO PHéP ..51 Phạm vi ứng dụng 51 Giá trị giới hạn .52 Ch-ơng III : Tính toán, thiết kế, xây dựng thiết bị đo độ ồn 53 I.Mô hình thiết bị đo ..53 Microphones .53 Các mạng trọng số tần bé läc…………………………… .… 56 II.ThiÕt kÕ thiÕt bÞ ……………………………… ……………… .…59 1.Data source ……………………………………………………… ….59 2.Chia ®é (Scaling)……………………………………………… .… 59 3.Bộ lọc trọng số 60 4.Đo độ ồn 60 Kết luận h-ớng phát triển 62 Lời mở đầu Tiếng ồn có tác động xấu sức khỏe ng-ời hạ thấp chất l-ợng sống xà hội, nh- làm che lấp tiếng nói trao đổi thông tin, làm phân tán tt-ởng dẫn đến làm giảm hiệu lao động, tiếng ồn quấy rối yên tĩnh giấc ngủ ng-ời Tác động lâu dài tiếng ồn ng-ời gây bệnh ngủ, suy nh-ợc thần kinh, nh- làm trầm trọng thêm bệnh tim mạch huyết áp cao Sức chịu đựng thể không chịu đựng đ-ợc tiếng ồn dẫn đến suy nh-ợc, đau đầu Đối mặt th-ờng xuyên với tiếng ồn ngủ, đau đầu triền miên, thể suy nh-ợc nặng, thần kinh dễ bị kích thích, trạng thái lo âu, trầm cảm Việc xác định đ-ợc độ ồn giúp có đ-ợc nhìn môi tr-ờng sống làm việc để ®iỊu chØnh lµ viƯc hÕt søc cÊp thiÕp Ngµy thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân th-ờng đ-ợc gọi PDA (tiếng Anh: Personal Digital Assistant) thiết bị cầm tay vốn đ-ợc thiết kế nh- sổ tay cá nhân ngày tích hợp thêm nhiều chức nh- PC LabVIEW (viết tắt nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) phần mềm máy tính đ-ợc phát triển National Instruments LabVIEW đ-ợc biết đến nh- ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với ngôn ngữ lập trình truyền thống nh- ngôn ngữ C, Pascal Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua hình ảnh trực quan môi tr-ờng sọan thảo, LabVIEW đà đ-ợc gọi với tên khác lập trình G (viết tắt Graphical) LabVIEW dùng phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật nh- 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 đà 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 øng dơng phÇn mỊm LabView víi tool PDA Ln văn bao gồm phần sau: Ch-ơng I : 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 ph-ơng thức xử lý liệu cách xây dựng thiết bị đo ảo bẵng LabView Ch-ơng II : Độ ồn thiết bị đo độ ồn Trình bày đặc tính âm miền âm Các tiêu chuẩn độ ồn thiết bị đo độ ồn Ch-ơng III : 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 Ch-ơng I : Phần mềm LabView công cụ lập trình cho PDA Giới thiệu khái quát ph-ơng pháp lập trình (lập trình đồ hoạ) LabView công cụ sử dụng LabView I.Môi tr-ờng lập trình LabView 1.Lập trình Graphic LabView ngôn ngữ lập trình đồ hoạ, sử dụng biểu t-ợng dây nối thể việc xử lý truyền tham số khối ch-ơng trình, công việc t-ơng tự nh- kết nối khối chức Simulink MatLab Bằng ph-ơng pháp sử dụng dây nối LabView dùng biểu tượng icon đường nối (wire) dây biểu t-ợng thay cho dòng text môi tr-ờng lập trình dạng văn Cùng với việc sử dụng đồ hoạ LabView sử ph-ơng pháp xử lý liệu h-ớng liệu (dataflow) Khác với ngôn ngữ lập trình văn lệnh xác định cú pháp hoạt động theo kiện Trong LabView, để lập trình ứng dụng, tr-ớc hết ng-ời lập trình phải thiết kế giao diện sử dụng nhờ công cụ, đối t-ợng giao diƯn nh- graphic, chart, image Giao diƯn nµy gäi lµ “front pannel”, sau thiÕt kÕ front pannel, ng-êi lập trình viết mà lệnh theo ph-ơng pháp nối dây đối t-ợng liệu với Mỗi đối t-ợng liệu có đầu nối (connector) vào/ra khác nhau, với kiểu số liệu khác Đầu đối t-ợng liệu đầu vào đối t-ợng liệu Chính hình thức mà LabView dựa tảng lập trình truyền liệu data flow (có khả quan sát liệu đ-ợc truyền), với cách ta có nhìn trực quan ph-ơng pháp phân tích, xử lí thiết kế hệ thống, đặc biƯt h÷u Ých thu thËp cịng nh- xư lý tín hiệu LabView dựa t- t-ởng h-ớng liệu (dataflow), việc nối connector đối t-ợng với nhau, ng-ời lập trình đ-a vào hàm xử lý số liệu (phân tích phổ), biến đổi, l-u trữ số liệu Công việc gọi lập trình diagram code Việc lập trình LabView đ-ợc chia thành hai b-ớc: thiết kế giao diện lập trình mà lệnh dựa ph-ơng pháp nối dây thêm hàm xử lý số liệu sẵn có T-ơng tự nh- môi tr-ờng lập trình Windows, môi tr-ờng LabView bao gồm hình giao diện đồ hoạ hình viết mà lệnh Màn hình giao diện đồ hoạ thể thông số kỹ thuật, trạng thái vận hành, giá trị biến, thể cách trực quan hệ thống trình Còn hình phát triển mà lệnh bao gồm khối đồ hoạ chức thể lệnh có cấu trúc nh- if then, while do, case of viƯc viÕt m· lƯnh thĨ thiện hoàn toàn qua hệ thống đồ hoạ, kéo nhả đối t-ợng liệu Môi tr-ờng LabView phát triển nhằm thể giá trị dụng cụ đo hình PC Số liệu đ-ợc thu thập qua card thu thập số liệu hiển thị hình PC t-ơng tự nh- thiết bị đo tr-ờng, máy sóng đồng hồ đo số Do ng-ời ta gọi ứng dụng phát triển LabView thiết bị ®o ¶o (Virtual Instrument – hay VI ) víi ý nghĩa mô thiết bị đo thực tế hình PC Một mạnh thiết bị đo ảo khả cấu hình lại, thu thập, xử lý số liệu, l-u trữ, truyền thông qua mạng máy tính Một giải pháp xu tự động hóa ngày (PC base control) dựa khả tính toán linh hoạt PC, khả quản lý, ®iỊu khiĨn cđa PLC cho ®êi thÕ ®iỊu khiĨn khả trình mới, gọi PACs (Programmble Automation Control) Với NI chóng ta kÕt hỵp sư dơng LabView kÕt hỵp víi Compact Field - Point hình thành giải pháp PACs Tính quan trọng khả thiết lập cấu hình khác phục vụ công tác khác sở thiết bị phần cøng VÝ dơ ng-êi lËp tr×nh cã thĨ thiÕt lËp cÊu h×nh cho mét card thu thËp sè liƯu hiĨn thị giá trị đo nh- nhiệt độ, hay áp suất, gãc më cđa van, ¸p st vi sai (card thu thập số liệu loại đ-ợc gọi card DAQ đa năng) Commented [NLH1]: Tt c cỏc hỡnh cú . Sau số hình ; Ví dụ: hình 1.1 … H×nh 1: So sánh giải pháp PCs, PLCs, PACs Trong LabView có kiểu liệu : nguyên, thực, byte, mảng string nhiên đối t-ợng liệu có cách biểu diễn khác với biểu diễn ngôn ngữ lập trình text, kiểu liệu có màu t-ơng ứng thể qua dây nối đối t-ợng LabView đ-ợc xây dựng dựa ph-ơng pháp lập trình h-ớng đối t-ợng, lời gọi tới giao diện đối t-ợng (gọi hàm thành viên), thiết lập thuộc tính đối t-ợng thực dễ dàng nh- lập trình text nhiên thể sở đồ hoạ Các câu lệnh điều khiển ch-ơng trình LabView đ-ợc thể đồ hoạ Các câu lệnh gồm: if then, while do, for loop, case of Hình 2: Các lệnh đồ họa LabView ch-ơng trình lập trình với đầy đủ chức ch-ơng trình lập trình Windows, sử dụng mô hình OLE “ Objects Linking & Embedding, ActiveX1 nã cã sù tÝch hợp ch-ơng trình xử lí l-u trữ liệu nhWord Excel Hình 3: Nhúng ActiveX LabView LabView có khả thiết lập mạng truyền thông chuyên dụng cho việc nhận truyền liệu máy tính công nghiệp, tạo VI Server cung cấp khả quan sát điều khiển từ xa Và cung cấp giải pháp ghép nối với thiết bị ngoại vi đo qua phần mềm driver Hình 4: Truyền thông, sử dụng Datasocket Một kiểu mô hình phần mềm thành phần Cho phép sử dụng lại phần mềm sau đ-ợc biên dịch, đóng gói Gồm AxticeX server , AxticeX container Giống nh- ch-ơng trình biên dịch khác, LabView có khả dịch ch-ơng trình ứng dụng, thiết bị đo ảo VI chạy độc lập máy tính khác mà không cần cài LabView tạo file *.exe 2.Tạo giao diện lập trình xử lý Các ngôn ngữ lập trình Windows hỗ trợ lập trình giao diện, mục đích giao diện thể thông tin đầu vào kết xử lý đầu toán Không thế, giao diện thể tính trực quan sinh động số liệu toán Chẳng hạn đồ thị hiển thị thăng giáng đ-ờng cong điện áp theo thời gian, hay mô tả phổ tín hiệu giải tần sau thu thập phân tích FFT Đối với LabView thiết kế giao diện đồ hoạ đ-ợc hỗ trợ công cụ t-ơng ứng phù hợp với toán kỹ thuật phân tÝch, xư lý, gi¸m s¸t sè liƯu Mét VI gåm thành phần : ã Front panel Giao diện đồ hoạ ã Block diagram Mà lệnh thực chức VI ã Icon and connector pane Xác định biểu t-ợng connector vào/ra VI Mét VI cã thĨ sư dơng mét VI kh¸c giống nh- việc gọi ch-ơng trình VI loại gọi SubVI Các đối t-ợng Front panel gồm controls indicators Trong control t-ơng ứng với liệu vào (nút bấm, nút xoay ) indicator t-ơng ứng liệu (graph, Led, thiết bị hiển thị thông tin ) Sau xác định thành phần giao diện đồ hoạ, ng-ời lập tr×nh chun sang thiÕt kÕ block diagram nh»m thùc hiƯn chức ứng dụng Mỗi đối t-ợng đồ hoạ front pannel t-ơng ứng với đối t-ợng liệu block diagram gọi terminal thể liệu vào/ra Muốn thực chức ứng dụng người lập trình cần vẽ mà lệnh, nói vẽ hàm chức t-ơng ứng hàm khác LabView sử dụng ng-ời lập trình thực nối dây cho đối t-ợng hàm block diagram thông qua connector 10 5.4.2.1Phép lấy mẫu mức áp suất âm với tốc ®é lÊy mÉu 1/thiÕu kho¶ng thêi gian t2-t1 Møc áp suất t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A,LAeq,T đ-ợc suy từ công thức N LAE 10 lg 100.1LpAi   N i 1  Víi: N số l-ợng tổng mẫu (N=(t2-t1)/t) LpAi giá trị mẫu mức áp suất, dB t khoảng thời gian hai mẫu liền kề Khoảng thời gian lấy mẫu ảnh h-ởng lớn đến độ xác kết không chọn số thời gian gần cách thích hợp với việc lấy tích phân mức áp suất âm Nếu khoảng thời gian lÊy mÉu nhá h¬n h»ng sè thêi gian cđa hệ đo nói chung cho số xấp xỉ với kết thu đ-ợc với việc lÊy tÝch ph©n thùc 5.4.2.2 Sư dơng ph©n bè thèng kê quan sát việc đọc giá trị mức áp suất âm theo đặc tính A theo khoảng thời gian kĩ thuật lấy mẫu Việc phân khoảng mức áp suất âm phải đ-ợc chọn cho phù hợp với tính chất tiếng ồn phần lớn tr-ờng hợp khoảng 5dB thích hợp Mức áp suất âm t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A, LAeq, T đ-ợc tính từ công thức: LAeq,T  10 lg  f i 100.1lAi  100  Với n: Số khoảng fi: Số phần trăm khoảng thời gian mà mức áp suất âm theo đặc tính A giới hạn khoảng thứ i Li: mức áp suất âm theo đặc tính A ứng với khoảng i, dB 48 5.4.3Tiếng ồn ổn định Nếu tiếng ồn ổn định khoảng thời gian phép đo thực với máy đo mức âm tuân theo công bố IEC651 loại loại Đặc tính tần số A đặc tính thời gian S sử dụng Giá trị đọc lấy theo giá trị trung bình độ lệch kim máy đo Nếu giá trị giao động dB tiếng ồn gọi tiếng ồn ổn định 5.4.4 Tiếng ồn ổn định với thay đổi mức bậc Nếu tiếng ồn ổn định nh-ng suất số giá trị mức áp suất âm khác rõ ràng mà giá trị đo đ-ợc nh- tiếng ồn không đổi khoảng thời gian cho mức xác định, nh- cho phép tính mức áp suất âm t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A, dB, theo c«ng thøc: 1 n  LAeq,T  10 lg Ti 100.1LpAi  T  i 1  Víi : T=Ti tổng khoảng thời gian LpAi mức áp suất âm theo đặc tính A tồn khoảng thời gian Ti 5.4.5 Các nguồn ồn riêng rẽ Khi môi tr-ờng tiếng ồn số nguồn ồn nhận mức áp suất âm t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A, tính b»ng dB, cã thĨ tÝnh tõ møc ©m tiÕp xóc nguồn riêng lẻ xuất khoảng thời gian T t n  LAeq,T  10 lg Ti 100.1LAEi  T  i 1  Víi: 49 LAEi mức âm tiếp xúc nguồn ồn thứ i mét lo¹t n nguån thêi gian T gi©y t0: b»ng gi©y NÕu tiÕng ån gåm nhiỊu nguồn ồn riêng rẽ t-ơng tự (tức có giá trị mức âm tiếp xúc ngang ) đo ph-ơng 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, đ-ợc đo máy đo mức âm tiếp xúc xem 4.1 b) tính giá trị mức áp suất âm t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A, tính dB, công thức: LAeq,T= LAE+ 10lgn- 10lg (T/t0) Víi: n: Sè chu kú xuÊt khoảng thời gian T to:bằng giây 5.5 Chỉnh lý Các phép đo đ-ợc miêu tả tiêu chuẩn nhằm cung cấp mô tả vật lý đáng tin cậy tiếng ồn môi tr-ờng Để đánh giá tiếng ồn tác động lên ng-ời cần chỉnh lý giá trị đo đ-ợc để đạt đ-ợc có ý nghĩa cho việc đánh giá Những chỉnh lý nh- giá trị mức áp suất t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A gọi mức đánh giá LAr, T Thông tin cần ghi chép Để thêm kết đo l-ờng âm học, thông tin mục 6.1 cần ghi chép giữ gìn để đối chiếu L-ợng thông tin 6.2 6.3 cần đ-ợc ghi chép thấy cần thiết 6.1 Kĩ thuật đo a) Loại thiết bị đo, ph-ơng pháp đo phép tính đ-ợc sử dụng; 50 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; H-ớng tốc độ gió m-a, nhiệt độ mặt đất độ cao khác, áp suất không khí, độ ẩm t-ơng 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 d-ới 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 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 c- Tiếng ồn dề cập đến tiêu chuẩn tiếng ồn hoạt động ng-ời 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 c- Tiêu chuẩn không ¸p dơng cho møc ån ë khu vùc s¶n xt công nghiệp ph-ơng tiện giao thông đ-ờng 51 Giá trị giới hạn 1.3 Mọi hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt, có nguồn ồn không đ-ợc gây khu vực công cộng dân c-mức ồn v-ợt giá trị nêu bảng 1.4 Ph-ơng pháp đo ồn để xác định mức ồn khu vực công cộng dân c- đ-ợc qui định TCVN t-ơng ứng Giới hạn tối đa cho phép tiếng ồn khu vực công cộng dân c(Theo mức âm t-ơng đ-ơng) TT dB(A) Khu vực Thời gian h Khu vực cần đặc biệt yên tÜnh: Tõ Tõ 18h Tõ 22h ®Õn ®Õn ®Õn h h 18 22 6h 50 45 40 60 55 45 Bệnh viện, th- viện, nhà điều d-ỡng, nhà trẻ, tr-ờng học Khu dân cKhách sạn, nhà ở, quan hành Khu vực th-ơng mại, dịch vụ 70 70 50 Khu s¶n xuÊt n»m xen kÏ 75 70 50 khu vùc d©n cTiÕng ån qui định ph-ơng tiện công cộng chung bình khoảng 80 90dB(A) Nó đ-ợc 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 52 Ch-ơng III : Tính toán, thiết kế, xây dựng thiết bị đo độ ồn I.Mô hình thiết bị đo Thiết bị bao gồm : microphone, signal-conditioning electronics, vài dạng filtering hay weighting thị số, thiết bị số t-ơng tự Sơ đồ khối thiết bị có dạng nh- sau :  Amplifier Amplifier   Attenuator Microphone Preamplifier 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) ) Microphones Microphone cã vÞ trÝ quan träng nhÊt hƯ thèng VỊ mỈt vËt lý nã phải nhỏ đến mức không ảnh h-ởng đến truyền âm không ảnh h-ởng tới áp suất âm mà cần đo Nó phải có trở kháng cao so với tr-ờng âm điểm đo phải đ-ợc 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 ph-ơng pháp khắc độ phải có màng ngăn tốt Tất yêu cầu phải đ-ợc đáp ứng sử dụng microphone điện dung microphone electret với thiết bị có điện trở kháng cao nh- điều đầu vào microphone - có dạng truyền trở kháng hệ số dB - đ-ợc gắn trực tiếp vào microphone để dùng đ-ợc sợi dây cáp dài nối microphone với phần lại thiết bị đo a Microphone điện dung 53 Thiết bị Microphone điện dung màng kim loại mỏng đặt gần với backplate kim loại cứng đ-ợc cách điện Khi d.c ổn định, điện áp phân cực E0 (th-ờng vào khoảng 200V ) điện áp đo đ-ợc màng ngăn backplate cung cấp từ mét ngn ®iƯn trë lín cho h»ng sè thêi gian R (Ct + Cs) dài chu kỳ biến đổi áp suất âm tần số thấp Nếu áp suất âm tác động lên màng ngăn gây thay đổi trị số Ct l-ợng Ct dịch chuyển màng ngăn điện áp ®Çu V0 cung cÊp tõ microphone cho bé khuÕch ®¹i sÏ b»ng : V0 (t )  C (t )  E0 Ct  Cs V× Ct >> C(t) nên độ nhạy microphone tỉ lệ thuận với điện áp phân cực tỉ lệ nghịch với tổng điện dung ( Ct + Cs ) Ngoµi ra, nÕu chóng ta 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 đ-ợc nói yêu cầu chất âm đ-ợc đo Các microphone điện dung thiết bị xác chúng đ-ợc chế tạo ổn định kích cỡ có độ nhạy cao ( 50mV/1pascal) Microphone điện dung đ-ợc lựa chọn cho ứng dụng riêng để xác định vùng tần số bảo vệ, phạm vi động lực mức áp suất âm t-ợng xảy âm Microphone điện dung microphone áp suất có nghĩa đầu điện tỉ lệ thuận với áp suất âm tác động lên màng ngăn tần số cao mà kích th-ợc màng ngăn trở thành phần đáng kể b-ớc sóng, có mặt màng ngăn đ-ờng sóng âm tạo ch-ớng ngại vật cao trở mà sóng bị phản xạ Khi điều xảy ra, có mặt microphone tham gia vào tr-ờng âm tạo áp suất cao để màng ngăn có thẻe cảm nhận đ-ợc Một microphone có đáp ứng áp suất phẳng cho kết sai Vì microphone điện dung đặc biệt nh- microphone có tr-ờng tự đ-ợc chế tạo Chúng đ-ợc sử dụng điều kiện tr-ờng tự với sóng tác động vuông góc lên màng ngăn Đáp ứng tần áp suất đ-ợc lựa chọn để có đáp ứng phẳng với sóng âm xuất chúng không bị ảnh h-ởng có mặt microphone Microphone tr-ờng tự đ-ợc dùng với đồng hồ đo mức âm 54 áp suất hiệu dụng tăng có mặt microphone tr-ờng âm đ-ợc vẽ nh- hiệu chỉnh l-u giữ tự (h6.6)đối với microphone có đặc tuyến đà cho Các hiệu chỉnh đ-ợc công bố với ®¸p øng ¸p st cđa microphone Microphone víi ®¸p øng ¸p st ph¼ng chđ u dïng c¸c bé nèi (couplers) phải đ-ợc dùng với l-u ý tới va chạm tr-ờng tự Một microphone điện dung hoàn chỉnh bao gồm phần : Một ống microphone tiền khuếch đại th-ờng có dạng hình ống coa đ-ờng kính đ-ờng kính ống microphone Bộ tiền khuếch đại đặt bên ®ång hå ®o møc ©m Nãi chung microphone cã ®-êng kính lớn có độ nhạy cao nh-ng độ che phủ khoảng tần tỉ lệ nghịch với kích th-ớc màng ngăn Hầu hết microphone đuợc tiêu chuẩn hoá dạng inch 1/2 inch nh-ng th-ơng mại sử dụng dạng 1/4 inch 1/8 inch Microphone màng nhỏ thích hợp để đo mức áp suất cao b Electret microphone Ngoài yêu cầu microphone điện dung cho phép đo xác cần phải có nguồn điện áp chiều cho phân cực led theo h-ớng tìm kiếm microphone gắn liền với nguyên tố đ-ợc phân cực.Nguyên tố nh- đ-ợc gọi electret Trong 10 năm gần electrets đ-ợc chế tạo có độ ổn định cao thời gian dài đ-ợc sử dụng để phân cực lại mirophone ®iƯn dung NhiỊu vÊn ®Ị thiÕt kÕ ®· đ-ợc cải thiện ứng dụng vật liệu electret nh- lớp phủ mỏng bề mặt backplate Nguyên tắc hoạt động microphone điện dung electret tất nhiên giống nh- nguyên tắc hoạt động microphone điện dung thông th-ờng Hiện nay, giá thành microphone điện dung electret tính sơ sơ đà v-ợt so với microphone điện dung thông th-ờng nh-ng đ-ợc đánh giá cao có công suất tiêu thụ thấp cấu tạo đơn giản nhờ kết hợp với linh kiện điện tử c Microphone để làm việc tần số thấp Sự làm việc microphone điện dung tần số thấp phụ thuộc vào ngang áp suất tĩnh vào tỉ lệ trở kháng đầu vào microphone preamplifier theo capacitive impedance microphone cartridge Sự h-ởng ứng tốt vào khoảng 10Hz đ-ợc yêu cầu cho hầu hết phép đo đ-ợc quy định microphone Mở rộng tần số làm việc Hz tránh đ-ợc giảm độ nhạy microphone gây dịch chuyển không khí (gió) thay đổi áp suất đóng mở cửa sổ vào 55 Microphone dùng cho nhiệm vụ tần thấp thời có ch-a hệ đặc biệt đ-ợc thiết kế để đo sụ 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 t-ơng ứng với độ nhạy tai c-ờng độ âm thấp, trung bình cao đà đự lại thiết bị đơn giản đo đ-ợc độ ồn phạm vi rộng cuả âm Các trọng số đ-ợc biết nhcác sóng A, B C nh-ng có trọng A đ-ợc sử dụng th-ờng xuyên mang lại kết hợp lý phép đo áp suất âm theo trọng số A đ-ợc chấp nhận đ-ợc tiêu chuẩn hoá toàn giới Các đ-ờng cong đáp ứng chúng đ-ợc cho sau : Độ ồn môi tr-ờng độ ồn nơi làm việc đo đ-ợc 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 nh-ng chúng quy định tiêu chuẩn hoá, ph-ơng pháp thông th-ờng đà đ-ợc thừa nhận Nó đ-ợc dùng nhiều đo tần số thấp 56 Độ ồn máy bay tr-ờng hợp đặc biệt độ ồn đ-ợc phân tích lúc third-octave bands mức dải riêng biệt đ-ợc lấy mẫu 5s, trọng số cho cho đáp ứng hình dạng mức ồn quan sát theo decibel Sự gần hình dạng đạt đ-ợc nhờ sử dụng hệ thống đơn giản , đồng hồ đo mức âm với tiêu chuẩn hoá trọng D Thiết bị đo mức áp suất âm với kỹ thuật số đ-ợc thể nh- sau: Từ kết luận từ nghiên cứu ảnh h-ởng tiếng ồn lên ng-ời 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 nh- sau : TÝn hiƯu C¶m biÕn Xư lý tÝn hiệu Đầu / Hiển thị Kết đo Hình Các phần tử hệ thống đo Để xác định đ-ợc 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 đà đ-ợc tính toán đ-ợc hiển thị đ-ợc l-u giữ nhớ Sử dụng kỹ thuật số để tính toán phổ tín hiệu hiệu Việc phân tích phổ đ-ợc dựa theo biểu thức sau: X() nhận X ( )    x(t )e  jt dt đ-ợc từ tín hiệu biến đổi theo thời gian x(t) theo công thức biến đổi Fourier: Hay biểu diễn d-íi d¹ng sè: 57 X (e jT )    x[nT ]e  jnT n   Víi T=NTe lµ chu kú lÊy mÉu cđa tÝn hiƯu vµ N số giá trị rời rạc 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 đ-ợc ý, đòi hỏi phải có lấy mẫu đủ nhanh Rõ ràng với kỹ thuật số chíp tính toán nhanh chuyên dụng nh- ta xây dựng mô hình hoàn chỉnh máy đo nh- sau (hình 2): DAQ Thu thập số liệu PDA Tính toán, hiển thị, l-u trữ Hình Mô hình máy đo độ ồn Phần xử lý tín hiệu việc lấy áp suất âm trung bình, ®ång thêi cã thĨ ph©n tÝch tÝn hiƯu b»ng ®Ĩ tìm tần số chủ đạo vài tần số có mức độ ảnh h-ởng t-ơng đối lớn tần số khác ồn (sử dụng thuật toán FFT) Phần thị nhiệm vụ cho phép kiểm tra tức thời đồng thời l-u giữ làm tổng kết theo luật thống kê 58 II.Thiết kế thiết bị Sơ đồ khối thiết bị đo ảo - ®o ®é ån Labview PDA 1.Data source : tín hiệu đầu vào (thông tin độ ồn) đến từ nguồn sau - liệu thu đ-ợc từ card thu thập số liệu (DAQ) - liƯu ®äc tõ file sè liƯu - tÝn hiƯu mô Tiếng ồn thông th-ờng 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, CF-6004 có tần số lấy mẫu lên tíi 200kS > ®đ ®Ĩ lÊy mÉu tÝn hiƯu 2.Chia độ (Scaling) : microphone có độ nhạy lên tới 50mV/1 pascal CF-6004 có ADC 14 bit (1 bit dấu), dải đo V 59 > điện áp tối thiểu mà CF-6004 phân biệt 5/213 = 0.0006V = 0.6mV > độ phân giải CF-6004 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 ng-ời Vì cảm biến (microphone) cung cấp đáp ứng tuyến tính, tai ng-ời lại có cảm nhận phi tuyến, phải có lọc trọng số để giải mâu thuẫn này.Theo tiêu chuẩn TCVN5964 ta chän bé läc träng sè A (A weighting filter) 4.§o độ ồn : Theo TCVN5964, LAeq,T mức áp suất âm t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A, dB, đ-ợc xác định khoảng thời gian T, bắt đầu tõ t1, vµ kÕt thóc ë t2  t p A2 (t )  LAeq,T  10 lg  dt   t  t1 t1 p0 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 t-ơng đ-ơng liên tục theo đặc tính A khoảng thời gian ngắn, ta làm nh- sau : ta đặt tần số lấy mẫu fS = 51200, kích th-ớc đệm 51200 (đủ để chứa liệu giây) Đo mức áp suất âm t-ơng đ-ơng 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 tr-ờng hợp ta phải chọn tần số lấy mẫu (theo 60 định lý Shannon) tối thiểu 40kS/s, ta chọn tần số lấy mẫu 51.2kS/s Nh- ta cần thu thập tới 184 triệu mẫu theo cách tính d-ới : 3600 x 51200 = 184.320.000 mẫu/giờ Số mẫu đòi hỏi đệm có dụng l-ợng lớn (vốn điểm mạnh PDA) l-u trữ Để khăc phục hạn chế này, ta dùng vòng lặp với 3600 lần lặp 61 KếT LUậN Và HƯớNG PHáT TRIểN Luận văn đà 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 Ph-ơng pháp xử lý âm lọc nhiễu sử dụng với PDA Máy đo độ ồn đà thiết kế luận văn hoàn toàn cài đặt với các dòng máy PDA khác Tuy nhiên, luận văn vấn đề truyền thông ch-a đ-ợc 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 đ-ợc qua GMS internet vấn đề cần đ-ợc quan tâm Đây h-ớng phát triển đề tài 62 ...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... bày đặc tính âm miền âm Các tiêu chuẩn độ ồn thiết bị đo độ ồn Ch-ơng III : 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 Ch-ơng... cho PDA Trình bày phần mềm LabView, modul PDA, lập trình đồ họa, cách thức xây dựng giao diện ph-ơng thức xử lý liệu cách xây dựng thiết bị đo ảo bẵng LabView Ch-ơng II : Độ ồn thiết bị đo độ ồn