一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置及方法

技术领域

本发明涉及噪声测量技术和物联网技术领域，具体地说是一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置及方法。

背景技术

伴随着新一轮科技所呈现出的万物互联、万物智能的新特征，相关文件也提出传统的电子信息制造业产业加速向数字化标准转型，其中在噪声监测领域，数字化噪声测量分析仪器成为新一代噪声监测的重要载体，其作为与外界环境交互的重要手段和感知信息的主要来源，是指具备噪声数据采集、信息处理、信息交换、信息存储功能的智能多元件集成噪声测试仪器，是集成传声器、通信模块、微处理器、驱动程序和软件算法等一体的噪声测试产品。为了保证监测数据的准确性和可靠性，数字化噪声测量分析仪器也被列入数字经济核心产业的统计范围，并确定在全省组织开展数字化噪声测量分析仪器产业定期统计监测工作。

现有技术中噪声测量分析仪器的计量检测项目较多，当送检量增加时，就需要额外增加设备和人员进行检测，降低了检测效率，增加了额外成本。往往等不及的用户会送到其他计量技术机构进行计量检测，造成当地计量技术机构的业务流失。为了帮用户代送检测仪器，企业需要安排专人处理该业务，多次往返计量检测机构，成本很高。此外，企业对新研发的产品进行技术指标测试时，由于企业自身实验室资质能力和技术实力不足，只能出具简单的技术指标和一般的测试报告，后续仍需送至其他授权的计量技术机构进行检测，致使产品开发周期的增加和成本的提高。

为了弥补现有计量检测工作中的不足，同时加强智能化计量校准技术研究，推动物联网、区块链、人工智能等新技术在计量仪器设备中的应用，创新智慧计量监管模式，通过器具智能化、数据系统化，积极打造新型智慧计量体系等相关要求，本发明提供了一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置及方法，通过实施“计量检测平台+物联网远程智控”相结合的技术，形成以物联视讯、数据安全为核心的智能化物联远程智控系统，实现对数字化噪声测量分析仪器的远程控制和自动检测，以及对检测数据的分析、计算、存储、传输和原始记录、证书报告的自动生成，有效提高计量检测效率和质量，同时缩短计量检测周期和节省人力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置及方法，构建以物联视讯、数据安全为核心的智能化物联远程智控系统，实现对数字化噪声测量分析仪器的远程控制和自动检测，以及对检测数据的分析、计算、存储、传输和原始记录、证书报告的自动生成，有效提高计量检测效率和质量，同时缩短计量检测周期和节省人力。

为达到上述目的，本发明提供一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置，包括远程智控及证书管理系统，远程计量检测平台，仪器自动检测装置，视频监控系统和配套设施，远程智控及证书管理系统与远程计量检测平台双向通讯，远程计量检测平台与仪器自动检测装置双向通讯，视频监控系统和配套设施与远程智控及证书管理系统双向通讯，仪器自动检测装置包括消声室/箱，低频耦合腔，多功能声校准器，信号发生器，测量放大器，高保真测试声源，功率放大器和多通道信号分析仪。

噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置包括用于准确标识检测状态的运行状态指示灯。

视频监控系统包括视频摄像头，人脸识别装置，指纹识别系统。

配套设施包括可实现远程通讯的气压计、温度计和湿度计等。

远程智控及证书管理系统通过物联网远程传输协议与远程计量检测平台连接，通过数据加密技术能将测试指令、测试结果实时传输，实现远程环境监控和门禁数据的管理，现场试验数据的采集和传输，原始记录的编制，证书报模板的匹配及证书的自动生成。

基于数字化试验数据管理，可进行计量数据的深度挖掘，深度挖掘计量数据包括对检测数据的数据挖掘，建立声场数据库，以及对计量标准器的信息挖掘，实现标准装置的到期提醒，计量标准器的信息包括型号、编号、测量范围、准确度等级和溯源周期。

远程计量检测平台通过串口或网口与仪器自动检测装置及被检器具进行连接，实现对仪器自动检测装置的控制并及检测数据的采集，并通过采用4G/5G-VPN的方式，建立系统专用网络。数据传输过程中采用RAS公钥加密方式进行数据安全保护。

多个远程计量检测平台采用单独部署的方式，避免平台异常对其他平台测试业务的影响，增加安全性；设置断网续传机制，保证数据不因网络端口故障、服务器中断、主服务器宕机等突发情况影响，提高可靠性。

一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置的检测方法，具体检测过程包括以下步骤：

S1，检测辅助人员将仪器自动检测装置与被检器具进行连接，等待远程智控及证书管理系统指示；

S2，远程智控及证书管理系统发出开始测试指令，仪器自动检测装置通过串口或网口获取待检器具的特征数据，特征数据包括型号、编号、灵敏度级、频率范围、量程范围、参考声压级；

S3，根据计量检测要求，远程控制信号发生器发出特定频率和幅度的信号对被检器具进行电性能和声性能的检测；

S4，主控单元通过串口或网口获取待检器具的测量数据；

S5，分析测量数据，并计算出测试结果，结束一个测量指标的测试，同时测量数据自动上传至远程智控及证书管理系统数据库；

S6，重复步骤S3～S5完成所有测量指标的检测；

S7，远程智控及证书管理系统提示检测完毕并自动生成计量检测原始记录和证书。

利用远程计量检测装置进行噪声测量分析仪的远程计量检测的过程中，声性能具有两种计量检测方法，其具体计量检测过程分别包括以下步骤：

S0，通过远程智控及证书管理系统下达指令，利用仪器自动检测装置实现常规的电性能计量参数检测后，采用标准传声器自由场比较法或多功能声校准器法进行声性能（如声信号的频率计权）的检测；

S1，自由场比较法

S1-1，利用标准传声器自由场比较法进行声性能的检测，首先需要进行消声室/箱自由场声压级标定，主要包括以下步骤：

S1-1-1，通过远程计量检测平台、低频耦合腔、消声室/箱、高保真测试声源和标准传声器等进行声场标定的测量；

S1-1-2，在消声室/箱中搭建声场自动标定系统进行标准传声器的位置标定；

S1-1-3，声场自动标定系统包括电动伸缩杆及激光定位装置，将标准传声器固定在电动伸缩杆一端后，通过激光定位装置将其与声源位置进行三向标定，并通过调整电动伸缩杆最终保证标准传声器中心位置与声源中心位置同轴；

S1-1-4，在消声室/箱中构建声场回放系统进行参考声压级的标定；

S1-1-5，消声室/箱中的声场回放系统包括标准传声器，高保真测试声源，信号发生器和远程计量检测平台，远程计量检测平台控制信号发生器通过高保真声源发出参考频率的声信号，通过串口读取标准传声器的声压级，调整信号发生器电压值直至标准传声器接收的声压级为参考声压级，记录信号发生器当前电压值。保持当前电压值不变，数字化检测系统通过倍频程或分数倍频程点频的方式进行信号播放，同时记录标准传声器接收到各频点的声压级。

S1-2，自由声场声压级标定完毕后，将标准传声器替换为被检器具，并保证被检器具声中心与标准传声器声中心位置相同。之后读取S1-1-5中所记录的信号发生器电压值，通过远程计量检测平台控制声场回放系统发出声信号，同时通过串口读取并记录被检器具各频点的声压级。

S1-3，远程计量检测平台自动计算标准传声器与被检器具声压级的差值，再加上修正值，最终得到各频点声信号的频率计权。

S2.多功能声校准器法。多功能声校准器用于简化声性能的测量，消除对于消声室/箱的使用、以及降低计量人员对计量检测过程的干预，提高检测效率，具体测量步骤为：

S2-1，多功能声校准器对于被检器具传声器类型修正值的测量。

S2-1-1，将被检器具放置于消声室/箱中，按照仪器使用说明给出修正值的每个频率，通过远程计量检测平台测量被检器具各频率点的输出声压级；

S2-1-2，保持消声室/箱中各频率声压级不变，将被检器具替换为参考实验室标准（LS2P）传声器，保持二者声中心位置相同。在S2-1-1相同的频率点上，通过远程计量检测平台读取参考实验室标准传声器测量的声压级；

S2-1-3，将多功能声校准器用于S2-1-1中被检器具中，通过远程计量检测平台控制多功能声校准器发出相应频率声信号，并读取被检器具各频率点的输出声压级；

S2-1-4，将多功能声校准器用于S2-1-2中被检器具中，通过远程计量检测平台控制多功能声校准器发出相应频率声信号，并读取被检器具各频率点的输出声压级；

S2-1-5，测量完毕后，远程计量检测平台基于下述公式1进行每个频率点上的修正值计算，并重复S2-1-1～S2-1-4，多次测量计算修正值的平均值：

公式1：

；

为—对所用噪声测量分析仪器和多功能声校准器有效的自由场修正值；

—参考传声器的自由场修正值；

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S2-1-6，最终得到多功能声校准器对于被检器具的修正值，并保存至声场数据库。

S2-2，利用多功能声校准器对被检器具进行各频点测量，调取数据库中被检器具的修正值，最终得到各频点声信号的频率计权。

本发明的有益技术效果在于：

1、终端可控性较高：远程计量检测平台可在不同地点设置多个。由于远程计量检测平台多点分布及待检器具规格型号多样，当某一平台终端在测试过程中出现异常、需要录入信息或者人工干预时，需要计量检测人员远程实时监控到终端桌面的情况，并且确定系统检测人员的操作是否合理。采用数据接口和操作桌面集成的方式将各个平台终端进行集成，可以在测试过程中随时进行桌面监控，操作远程桌面，可以实现测试终端的完全可控。

2、安全性较高：各个远程计量检测平台采用单独部署的方式，综合系统的异常或者某一子系统的异常，不会对其他子系统的测试业务有任何影响，最大程度保证整个系统的安全运行。

3、可靠性较高：设置有断网续传机制。若过程中出现网络端口故障、某一服务器中断、主服务器宕机等突发情况，均不会影响系统业务的开展，配合监控摄像头仍然可以监控查看各个子系统的业务开展情况，待故障解决后只需要将终端测得的数据进行审核和补充上传即可，以保证整个系统可靠运行。

4、维护方便：当某一业务因标准修改、业务流程变更需要业务系统配合进行需求增加、减少或者变更时，子系统的设计厂家可以更直接的配合变更，而无需远程智控系统配合。

5、高内聚低耦合：采用一个数据中心多个业务终端的架构方式。各子系统的业务终端由不同业务厂商负责，其测量软件只有结果数据的上报功能，只需保证上报数据的正确性，控制过程并不参与。因此在控制端发生问题时只需远程智控平台厂家单独进行问题处理，而不需要各个子系统的开发方同时参与故障排查。

6、通用性：对不同厂商的控制软件及电脑系统兼容性高，解决不同业务系统的检定平台因技术差异性导致的无法实现远程控制的问题。

附图说明

图1为本发明检测装置结构示意图；

图2为本发明电性能计量检测示意图；

图3为本发明低频声信号计量检测示意图；

图4为本发明高频声信号计量检测示意图；

图5为本发明多功能声校准器法声学计量性能检测示意图；

图6为本发明远程智控及证书管理系统与远程计量检测平台交互示意图；

图7为本发明远程智控平台与多个远程计量检测平台、视频监控系统和配套设施之间数据传输示意图。

具体实施方式

本发明提供一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置，硬件设施构成中（参见图1）包括远程智控及证书管理系统，远程计量检测平台，仪器自动检测装置，视频监控系统和配套设施，远程智控及证书管理系统与远程计量检测平台双向通讯，远程计量检测平台与仪器自动检测装置双向通讯，视频监控系统和配套设施与远程智控及证书管理系统双向通讯，仪器自动检测装置包括消声室/箱，低频耦合腔，多功能声校准器，信号发生器，测量放大器，高保真测试声源，功率放大器和多通道信号分析仪。还包括远程智控计量检测装置所需的配套设备或设施（可实现远程通讯的气压计、温度计、湿度计等）。

噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置包括用于准确标识检测状态的运行状态指示灯。

视频监控系统包括视频摄像头，人脸识别装置，指纹识别系统。

一套视频监控系统包括多个视频摄像头，实现全方位监控整个仪器远程自动检测过程。系统实时监控并录制检测过程及各计量仪器设备的运行状态，同时上传至服务器，以备后续核查工作的需要。监控被检器具型号、出厂编号、生产厂家等基础信息和检测过程中的示值变化，实现与串口读取数据的对比，以保证串口读取数据的准确度。实验室出入口设置人脸识别、指纹识别等门禁监控，仅允许被授权人员进行安装被检器具，未经授权人员无法进入，否则触发警报装置。

在使用时，检测辅助人员将仪器自动检测装置与被检器具进行连接，之后可以通过远程计量检测平台和远程智控及证书管理系统实现对噪声测量分析仪器声学性能的计量检测。

被检器具过程中所需的计量检测装置，通过标准化接口将各个独立的模块连接起来，并可以通过控制总线受数字化检测系统控制，进行信号输出、处理、数据读取等操作。仪器自动检测装置由多个独立的功能模块组成，如高保真测试声源、信号发生器、功率放大器、低频耦合腔、测量放大器、多通道信号分析仪、多功能声校准器等，各个模块通过控制总线受数字化检测系统控制，进行信号的输出，并且信号频率、幅度和类型可控。检测辅助人员通过有线或者无线的方式将被检器具与自动检测装置进行连接，数据通信通过被检器具的通信协议，编写相应的接口代码，获取测试数据，从而开展被检器具的计量性能检测。

被检器具的功能通常包含噪声积分、统计和滤波器功能等，其计量性能包括电性能（自生电噪声、级线性、电信号频率计权、时间计权、猝发音响应、重复猝发音响应、峰值C声级、统计计算、相对衰减等）和声性能（自生噪声、指示声级和声信号频率计权等）。

一种噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1，检测辅助人员将仪器自动检测装置与被检器具进行连接，等待远程智控及证书管理系统指示；

S2，远程智控及证书管理系统发出开始测试指令，仪器自动检测装置通过串口或网口获取待检器具的特征数据，特征数据包括型号、编号、灵敏度级、频率范围、量程范围、参考声压级；

S3（参见图2）根据计量检测要求，远程控制信号发生器发出特定频率和幅度的信号对被检器具进行电性能和声性能的检测；

S4，主控单元通过串口或网口获取待检器具的测量数据；

S5，分析测量数据，并计算出测试结果，结束一个测量指标的测试，同时测量数据自动上传至远程智控及证书管理系统数据库；

S6，重复步骤S3～S5完成所有测量指标的检测；

S7，远程智控及证书管理系统提示检测完毕并自动生成计量检测原始记录和证书。

利用远程计量检测装置进行数字化噪声测量分析仪的远程计量检测的过程中，声性能具有两种计量检测方法，其具体计量检测过程分别包括以下步骤：

S0，通过远程智控及证书管理系统下达指令，利用仪器自动检测装置实现常规的电性能计量参数检测后，采用标准传声器自由场比较法或多功能声校准器法进行声性能（如声信号的频率计权）的检测；S1，自由场比较法

S1-1，利用标准传声器自由场比较法进行声性能的检测，首先需要进行消声室/箱自由场声压级标定，主要包括以下步骤：

S1-1-1（参见图3），通过远程计量检测平台、低频耦合腔、消声室/箱、高保真测试声源和标准传声器等进行声场标定的测量；

S1-1-2，在消声室/箱中搭建声场自动标定系统进行标准传声器的位置标定；

S1-1-3，声场自动标定系统包括电动伸缩杆及激光定位装置，将标准传声器固定在电动伸缩杆一端后，通过激光定位装置将其与声源位置进行三向标定，并通过调整电动伸缩杆最终保证标准传声器中心位置与声源中心位置同轴；

S1-1-4，在消声室/箱中构建声场回放系统进行参考声压级的标定；

S1-1-5（参见图4），消声室/箱中的声场回放系统包括标准传声器，高保真测试声源，信号发生器和远程计量检测平台，远程计量检测平台控制信号发生器通过高保真声源发出参考频率的声信号，通过串口读取标准传声器的声压级，调整信号发生器电压值直至标准传声器接收的声压级为参考声压级，记录信号发生器当前电压值。保持当前电压值不变，数字化检测系统通过倍频程或分数倍频程点频的方式进行信号播放，同时记录标准传声器接收到各频点的声压级。

S1-2，自由声场声压级标定完毕后，将标准传声器替换为被检器具，并保证被检器具声中心与标准传声器声中心位置相同。之后读取S1-1-5中所记录的信号发生器电压值，通过远程计量检测平台控制声场回放系统发出声信号，同时通过串口读取并记录被检器具各频点的声压级。

S1-3，远程计量检测平台自动计算标准传声器与被检器具声压级的差值，再加上修正值，最终得到各频点声信号的频率计权。

S2.多功能声校准器法。多功能声校准器用于简化声性能的测量，消除对于消声室/箱的使用、以及降低计量人员对计量检测过程的干预，提高检测效率，具体测量步骤为：

S2-1，多功能声校准器对于被检器具传声器类型修正值的测量。

S2-1-1，将被检器具放置于消声室/箱中，按照仪器使用说明给出修正值的每个频率，通过远程计量检测平台测量被检器具各频率点的输出声压级；

S2-1-2，保持消声室/箱中各频率声压级不变，将被检器具替换为参考实验室标准（LS2P）传声器，保持二者声中心位置相同。在S2-1-1相同的频率点上，通过远程计量检测平台读取参考实验室标准传声器测量的声压级；

S2-1-3（参见图5），将多功能声校准器用于S2-1-1中被检器具中，通过远程计量检测平台控制多功能声校准器发出相应频率声信号，并读取被检器具各频率点的输出声压级；

S2-1-4，将多功能声校准器用于S2-1-2中被检器具中，通过远程计量检测平台控制多功能声校准器发出相应频率声信号，并读取被检器具各频率点的输出声压级；

S2-1-5，测量完毕后，远程计量检测平台基于下述公式1进行每个频率点上的修正值计算，并重复S2-1-1～S2-1-4，多次测量计算修正值的平均值：

公式1：

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为—对所用噪声测量分析仪器和多功能声校准器有效的自由场修正值；

—参考传声器的自由场修正值；

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S2-1-6，最终得到多功能声校准器对于被检器具的修正值，并保存至声场数据库。

S2-2，利用多功能声校准器对被检器具进行各频点测量，调取数据库中被检器具的修正值，最终得到各频点声信号的频率计权。

参见图6，远程智控及证书管理系统与远程计量检测平台通过物联网技术传输协议的方式实现远程控制。

在数据传输方面，远程计量检测平台与仪器自动检测装置之间的数据通信通过被检器具的通信协议，编写对应的接口代码，获取测试数据，实现被检器具的计量性能检测。

根据计量检测参数的要求，列出每项检测需要进行的远程控制内容和读取的数据信息，然后进行汇总，设计控制指令和测试数据信息回传指令通信协议，这两类指令需要包含有可能使用到的各类控制因子和数据因子，以便仪器自动检测装置能够进行有效的计量检测分析，并得出测试结果。传输指令中还需要包含各类信息的校验过程，比如检测辅助人员信息校验（指纹识别或人脸识别）和检测装置识别。

为了保证数据传输的安全，系统采用4G/5G-VPN的方式，建立系统专用网络。为了进一步提高数据的安全性，数据传输过程中还将进行加密，加密方式采用RSA公钥加密方式。

参见图7，远程智控及证书管理系统通过远程计量检测平台控制噪声测量分析仪器计量检测装置进行被检器具的声学性能计量检测，负责整个系统所有数据的存储与分析，包括计量检测数据、环境监测数据、被检器具和标准装置信息、门禁信息、监控信息等，在系统软件上可以追溯每次检测的所有数据和监控过程，提供与远程智控及管理系统对接接口，将检测数据发送至业务管理系统生成计量检测记录和报告证书，同时该远程智控及管理系统可实现多个数字化检测系统的对接。

以上仅是本发明的优选实施方式，只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

本发明从根本上解决了现有技术中数字化噪声测量分析仪器计量检测项目较多，在数量级上增加时需要额外增加设备和人员进行计量检测，存在效率降低、成本上升、检测周期较长的问题，以及实验室资质能力不够导致开发周期增长和成本上升的问题。本发明提供的噪声测量分析仪器远程智控计量检测装置及方法，通过实施“计量检测平台+物联网远程智控”的技术思路，构建以物联视讯、数据安全为核心的智能化物联远程智控系统，实现数字化噪声测量分析仪器的自动控制计量检测，同时实现对检测数据的自动分析、计算、处理、传输及存储，生成证书报告，并可以形成有关产品质量的科学大数据。