基于聲譜探測原理的機房安檢系統研制

鄭州大學 賈家寧

防空兵學院

鄭州大學 范文兵

基于聲譜探測原理的機房安檢系統研制

鄭州大學 賈家寧

防空兵學院

鄭州大學 范文兵

隨著計算機系統復雜程度的不斷提高，對機房內設備的正常運行進行實時監測就顯得格外重要。通常情況下，人們都是采用聽，看，摸，聞等人工方法進行監測，但是這些方法存在著很大的漏洞，且費時費力。在機房，封閉機箱，車廂和機房內儀器儀表的管理中，實現少人值守和無人值守一直是人們所追求的目標，雖然現在已經有許多先進的技術手段，比如，攝像頭監控，紅外線報警系統等等，但這些系統往往不能判斷機器內的安全狀況。因此，設計一種機房安檢系統對于提高機房內設備的安全性有著十分重要的意義。

針對以上問題，本文，筆者提出利用聲譜探測的方法加以檢測，從而根據機器發出的聲音來判斷機房內儀器是否有異常工作情況。該方法也被稱之為“機器的B超”，它的檢測范圍覆蓋聲和超聲。

一、聲譜分析技術

聲譜分析是對聲波或振動進行計算或測量，以取得關于它們的組成和能量的頻率分布圖形的技術。即將聲音（通常指復合聲）以圖形的方式表示，繪制出不同頻率的振幅，得到的圖形可表示各個頻率分量對總體音響的相對貢獻。因此，只要能夠測量出噪聲的頻譜特性，就可以區別出異常情況，從而達到安檢的目的。

二、機房內機器噪聲的分類

機房內的設備噪聲一般由機械噪聲和電子噪聲組成。機械噪聲是由于機械設備運轉時，由于部件間的摩擦力，撞擊力或非平衡力，使得機械部件和殼體等發聲體產生無規律振動而輻射出的噪聲，按照聲源的不同，機器噪音可分為3類：空氣動力性噪聲，由氣體振動產生，如通風機，壓縮機，發動機，噴氣式飛機和火箭等產生的噪聲；機械性噪聲，由固體振動所產生，如齒輪、軸承和殼體等振動產生的噪聲；電磁性噪聲，由電磁振動所產生，如電動機，發電機和變壓器等產生的噪聲。

三、基于聲譜探測原理的機房噪聲信號分析

1.聲譜探測原理。根據聲譜探測原理，由傳感器接收各種儀器所發出的聲音，然后通過信號變換和頻譜分析，來確定正常情況下的時域和頻域譜線，并設定幾個特征點進行檢測，最后通過基于DSP（數字信號處理）電路建立數學模型進行仿真和實際測試。系統結構框架如圖1所示。

根據噪聲特點，可從時域和頻域2方面進行分析。通過實驗采樣進行時域分析發現，方艙儀表正常工作時和發生故障時波形的幅度變化不明顯，很難準確判斷是否出現故障，因此，應采用頻域進行故障分析。頻域分析時可采用模擬電路分段濾波的方法和進行A/D轉換數字信號處理的方法。模擬電路分段濾波的方法電路如圖2所示。

2.A/D轉換數字信號處理方法。為了便于檢測，半波整流后采用80C196單片機對8路半波整流信號進行A/D轉換。電路由傳感器，前置放大器，8路不同類型頻率的濾波器，8路半波整流器，80C196KC，晶振復位，報警音響，設定參數的鍵盤和音頻電平顯示器組成。該方法簡單方便且針對性強，便于實驗，缺點是使用不靈活，頻譜選擇性差。A/D轉換數字信號處理的方法比較靈活并且可以程控選擇頻域，但是算法較復雜，尤其容易遺漏帶寬較窄的頻域。A/D轉換數字信號處理方法拱形如圖3所示。

考慮到音頻信號一般比較低（16 K以下），利用芯片內部A/ D轉換即可完成，LPC2132內部A/D轉換器轉換速率較高，在數字信號處理方面也能夠勝任，因此，本文，筆者采用LPC2132處理器，將聲信號轉換為數字信號，然后進行頻率變換，為了應對盡可能多的各種情況，需對噪聲的時域進行幅度監測。針對不同儀器事先要通過鍵盤設定時域和頻域的識別域即上下限，也可由單按鍵觸發軟件自動檢測最大、最小值并增加一定精度進行存儲設定。