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1、课程设计题目: 噪声检测仪课程设计院（系） 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 130202 姓 名 张晨 学 号 130202122 导 师 2016年6月13日目录1引言11.1发展现状11.2发展趋势11.3课题意义22 声级计系统结构和工作原理22.1系统结构图22.2电容式驻极体传声器32.3前置放大器52.4衰减器72.5输入放大器82.6计权网络92.7检波电路102.8指示器112.9 传感器的结构特点，作用原理123系统改进123.1声级计外形设计的改进123.2声级计人机信息交换界面的改进134 总结141引言1.1发展现状 声级计又叫噪声计，是一种用于测
2、量声音的声压级或声级的仪器，是声学测量中最基本而又最常用的仪器，随着国民经济的发展和人们物质文化生活水平的提高，噪声普查和环境保护工作全面开展，机器制造行业已把噪声作为产品的重要质量指标之一，礼堂和体育馆等建筑物不仅仅要求造型美观，也追求音响效果，这些都使得声级计的应用越来越广泛。现在它不仅应用在声学和电声学测量中，而且已经广泛应用于机器制造、建筑设计、交通运输、环境保护、医疗卫生以及国防工程等各个领域，成为几乎所有部门都必须具备的声学测量仪器。1.2发展趋势近几年来，随着电子技术的飞速发展，声级计日趋完善、准确、可靠，朝着小型化、数字化、多功能、快速测量方向发展。现在，世界上已经成批生产了脉
3、冲声级计、数字声级计和噪声剂量计等新型声级计测量仪器，而且出现了带微处理器的智能声级计。它能按照事先编制的程序自动进行测量和记录，并将测量结果计算和打印出来，从而大大简化了人们的重复劳动和繁琐计算。至于利用声级计将声音变成电信号进行实时数字信号分析和处理，更使声学测量在各种领域的应用呈现出广阔的前景。1.3课题意义传感器在各种电子产品中的应用非常广泛，通过这次检测技术的课程设计，我们更加深刻理解掌握了书本理论，并且理论与实际应用更进一步结合。这对我们今后的学习和工作都有着积极作用。2 声级计系统结构和工作原理2.1系统结构图计权网络衰减器输入放大前置放大器传声器外接滤波检波器指示表头放大器衰减
4、器外接记录仪 图2.1 简易模拟电路图2.2电容式驻极体传声器 通常声压、声强和声功率以分贝表示 ，分贝表示的量与选定的基准量有关。 声压级（Lp） p0为基准声压（p0=210-5Pa）。声强级（LI） I0为基准声强（I0=10-12W/m2）。 声功率级（LW） 图2.2电容式驻极体话筒内部结构简图 图2.3 FET阻抗变换器 具体工作原理： 驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝
5、缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片本身带有电荷，表面电荷地电量为Q，板极间地电容量为C，则在极头上产生地电压U=Q/C，当受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容C改变，而电量Q不变，就会引起电压的变化，电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是驻极体传声器地工作原理。但驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因而它的输出阻抗值很高(Xc12tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与
6、音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。2.3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。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，使其输入电阻达到几千兆欧以上，输入电容小于3pF，甚至0.5pF。输入电阻低影响低频响应，输入电容大则降低
7、传声器灵敏度。前置放大器选用三级管9014构成的放大电路（低噪声、小功率），其结构参数如下：（1）三极管为NPN结构（2）集电极最大耗散功率PCM=0.4W（Tamb=25）（3）集电极最大允许电流ICM=0.1A（4）集电极基极击穿电压BVCBO=50V（5）集电极发射极击穿电压BVCEO=45V（6）发射极基极击穿电压BVEBO=5V（7）集电极发射极饱和压降VCE(sat)=0.3V (IC=100mA; IB=5mA)（8）基极发射极饱和压降VBE(sat)=1V (IC=100mA; IB=5mA)（9）结温 150（10）特怔频率 （最小）fT=150MHz（11）放大倍数：A=6
8、0150; B=100300; C=200600; D=4001000图2.4 前置放大器电路图 当有声音传入高灵敏度电容式驻极体话筒LS1时，MK1两端的电量发生改变，经过电容器C2和R3的作用加到晶体三级管9014的基极及发射极之间，从而引起三级管9014基极和发射极之间的电压发生变化，最终使三级管9014集电极的电压发生变化，由于三级管的放大作用，所以集电极的电压是基极电压Au倍，最后被放大的信号通过电容器C1加到下一级电路中。计算公式： 放大倍数Au计算公式如下：Au=（） 其中rbe=300+(1+)26/Ie300+（1+） 所以Au 100（倍）三极管的选择及参数设定： 由于硅材
9、料高频三极管的fT一般不低于50MHz，所以在音频电子电路中使 用这类管子可不考虑fT这个参数。 小功率三极管BVCEO的选择可以根据电路的电源电压来决定，一般情况下只要三极管的BVCEO大于电路中电源的最高电压即可。一般小功率三极管的BVCEO都不低于15V，所以在无电感元件的低电压电路中也不用考虑这个参数。一般小功率三极管的ICM在3050mA之间，对于小信号电路一般可以不予考虑。 当我们估算了电路中三极管的工作电流(即集电极电流)，又知道了三极管集电极到发射极之间的电压后，就可根据P=UI来计算三极管的集电极最大允许耗散功率PCM。2.4衰减器声级计不仅要测量微弱信号，也要测量较强的信号
10、，也是要有较大的测量范围，例如要测量25一140 dB范围声级声级计的检波器和指示器不可能有这么宽的量程范围，因此要采用衰减器如果指示器量程范围为一10一+10 dB，则衰减器的总衰减量为l0O dB，而且衰减器以10 dB分挡，即30，40，so，130 dB共11挡在一般测量仪器中，衰减器都是放在第一组放大器的前面如果在声级计中也这样做，那么由第一组放大器所产生的噪声对于任何挡都无衰减地被放大并指示在电表上假如噪声电压为5V(折算到放大器输入端)，而在最灵敏挡(30 dB挡)满度时，输入的电压为100V，于是信号噪声之比(信噪比)为20倍，即26dB当信号增大时，为了避免指示器过载，信号被
11、衰减器衰减，而第一组放大器的噪声却不被衰减，信噪比没有提高信噪比太低不仅影响到测量的准确性，也影响到信号的频谱分析与记录。为了提高信噪比，我们将衰减器分为输入衰减器和输出衰减器嘣部分，输出衰减器接在第一组放大器和第二组放大器之间，而且在一般测量时，使输出衰减器尽量处在最大衰减位置这样，当测量较大信号时，由于输出衰减器的衰减作用，输入衰减器的衰减量减小，加到第一组放大器的输入信号就提高了，信噪比也提高了例如输入衰减器的衰减量为60 dB，输出衰减器的衰减量为40 dB在前面所述条件下，对于40 dB挡满度时，信噪比提高到36 dB，70 dB挡谙度时就已提高刭66dB,80一130 dB各挡均保
12、持66 dB的信噪比。当然，对于最高灵敏度挡(30dB)满度，信噪比仍为26 dB 衰减器可以采用电容分压形式，也可以采甩电阻分压形式，可以是串联，也可以是T型衰减器在声级计中一般都采用电阻串联形式，+这种形式比较筒单方便，而且由于频率不高，一般不须要进行频率补偿。声级计衰减器的精度直接影响测量误差对予不同类型的声级计，衰减器精度要求也不一样。在315一8000 Hz频率范围内要求。型声级计的衰减器误差不太于O.3dB，1型O5 dB，2型O.7Db,3型1dB；对于0型声级计还要求在20一12500 Hz频率范围内衰减其误差不大于O5 dB，1型不大于l dB。影响衰减器的精度主要有三个因素
13、，首先是衰减器元件(如电阻)的精度一，般使用精密测量电阻，其误差可为1或05其次是盾级放大器的输入电阻，可以推导出，当输入电阻值比衰减器第一挡电阻值大20倍时，附加到分压器的误差为34，即03 dB I第三是分布电容(包括接线电容和放大器输入电容)的影响，尤其是高频时，因此当频率比较高时，有时须要进行补偿衰减器的电阻值不能太大，因为太大了要求后极放大器输入阻抗高，而且分布电容的影响也严重，但也不能太小，因为太小了要求前级放大器的输出阻抗低，而且衰减器的功率游耗增大。2.5输入放大器电容传声器把声音变成电信号，这个电信号一般是很微弱的，不足以使指示器产生指示，因此需要用放大器把电信号加以放大声级
14、计中的放大器要求有一定的放大量、一定的动态范圈、频率范围宽和非线性失真小(不大于1)等等。放大器的放大量指放大器的输出电压与输入电压之比值可以报据声级计的最低声级测量范围要求及检波和指示器的灵敏度老估算放大量例如声级计最低测量声级范闺为25 dB，指示器指示范围是负10正10 dB，因此在最灵敏挡时指暴器漪度指示为40 dB声级，也就是声压为0002 Pa如果选用灵敏度为50mvPa的HS 14401型电容传声器，则相当于加到放大器输入端的电压为100 pV设检波和指示器要求满度时放大器输出电压为4 V，则总的放大量为4万倍也就是92 dB对于这么高的放大倍数，一般采用两至三组放大器，这样也便于在放大器之闻插入衰减器、计权网络和滤波器因为声级计测量的往往是无规噪声，无规噪声具有较高的峰值因数。峰值因数系指信号的最大峰值与有效值之比值这样，当指示器指示某一噪声的有效值时，并不是进入的噪声的每个瞬时值都这么高，而是可能
