基于声谱探测原理的机房安检系统研制

郑州大学 贾家宁

防空兵学院

郑州大学 范文兵

基于声谱探测原理的机房安检系统研制

郑州大学 贾家宁

防空兵学院

郑州大学 范文兵

随着计算机系统复杂程度的不断提高，对机房内设备的正常运行进行实时监测就显得格外重要。通常情况下，人们都是采用听，看，摸，闻等人工方法进行监测，但是这些方法存在着很大的漏洞，且费时费力。在机房，封闭机箱，车厢和机房内仪器仪表的管理中，实现少人值守和无人值守一直是人们所追求的目标，虽然现在已经有许多先进的技术手段，比如，摄像头监控，红外线报警系统等等，但这些系统往往不能判断机器内的安全状况。因此，设计一种机房安检系统对于提高机房内设备的安全性有着十分重要的意义。

针对以上问题，本文，笔者提出利用声谱探测的方法加以检测，从而根据机器发出的声音来判断机房内仪器是否有异常工作情况。该方法也被称之为“机器的B超”，它的检测范围覆盖声和超声。

一、声谱分析技术

声谱分析是对声波或振动进行计算或测量，以取得关于它们的组成和能量的频率分布图形的技术。即将声音（通常指复合声）以图形的方式表示，绘制出不同频率的振幅，得到的图形可表示各个频率分量对总体音响的相对贡献。因此，只要能够测量出噪声的频谱特性，就可以区别出异常情况，从而达到安检的目的。

二、机房内机器噪声的分类

机房内的设备噪声一般由机械噪声和电子噪声组成。机械噪声是由于机械设备运转时，由于部件间的摩擦力，撞击力或非平衡力，使得机械部件和壳体等发声体产生无规律振动而辐射出的噪声，按照声源的不同，机器噪音可分为3类：空气动力性噪声，由气体振动产生，如通风机，压缩机，发动机，喷气式飞机和火箭等产生的噪声；机械性噪声，由固体振动所产生，如齿轮、轴承和壳体等振动产生的噪声；电磁性噪声，由电磁振动所产生，如电动机，发电机和变压器等产生的噪声。

三、基于声谱探测原理的机房噪声信号分析

1.声谱探测原理。根据声谱探测原理，由传感器接收各种仪器所发出的声音，然后通过信号变换和频谱分析，来确定正常情况下的时域和频域谱线，并设定几个特征点进行检测，最后通过基于DSP（数字信号处理）电路建立数学模型进行仿真和实际测试。系统结构框架如图1所示。

根据噪声特点，可从时域和频域2方面进行分析。通过实验采样进行时域分析发现，方舱仪表正常工作时和发生故障时波形的幅度变化不明显，很难准确判断是否出现故障，因此，应采用频域进行故障分析。频域分析时可采用模拟电路分段滤波的方法和进行A/D转换数字信号处理的方法。模拟电路分段滤波的方法电路如图2所示。

2.A/D转换数字信号处理方法。为了便于检测，半波整流后采用80C196单片机对8路半波整流信号进行A/D转换。电路由传感器，前置放大器，8路不同类型频率的滤波器，8路半波整流器，80C196KC，晶振复位，报警音响，设定参数的键盘和音频电平显示器组成。该方法简单方便且针对性强，便于实验，缺点是使用不灵活，频谱选择性差。A/D转换数字信号处理的方法比较灵活并且可以程控选择频域，但是算法较复杂，尤其容易遗漏带宽较窄的频域。A/D转换数字信号处理方法拱形如图3所示。

考虑到音频信号一般比较低（16 K以下），利用芯片内部A/ D转换即可完成，LPC2132内部A/D转换器转换速率较高，在数字信号处理方面也能够胜任，因此，本文，笔者采用LPC2132处理器，将声信号转换为数字信号，然后进行频率变换，为了应对尽可能多的各种情况，需对噪声的时域进行幅度监测。针对不同仪器事先要通过键盘设定时域和频域的识别域即上下限，也可由单按键触发软件自动检测最大、最小值并增加一定精度进行存储设定。