您的位置:首页->虚拟噪声测试系统的设计

相关链接

·兆欧表的串联方法
·仪器基础标准
·电磁流量计原理
·温度记录仪在冷链管理中的应用
·电阻与温度的关系
·湿度的技术,湿度的使用方法
·高斯计,特斯拉计应用领域
·如何正确选用压力表
·平板玻璃生产中的温度测量
·影响仪器仪表差热分析的主要因素


虚拟噪声测试系统的设计
噪声的测量,有极其重要的实用价值。因为,在生活领域,人们对竹炭竹纤维环境质量的要求已越来越高,噪声是衡量环境的关键指标之一,噪声的强弱直接影响到人们的健康。在生产领域,在评价设备的质量时,噪声的大小经常是被列在质量的关键指标中,因而需要测定其噪声的大小,判断设备的质量是否合格。因此,设计高性能的噪声测试系统显得尤其重要。如今,国内外在噪声测试系统研究方面,对传统的复杂仪器,分析方法的依赖性在减少,而正在流行着一种将计算机技术和噪声测试技术相结合,组建虚拟噪声测试系统的方法,将虚拟仪器技术的测试技术引到噪声测试领域中,借助计算机软件技术来设计噪声分析软件,与外围硬件设计的结合,可以使得噪声测量与分析能够实时进行,缩短了测量和信号处理周期,减轻了研究人员负担,使得工程师们能将精力更多地放在寻找噪声控制的策略上来。

1虚拟噪声测试系统的功能

虚拟噪声测试系统是以LabVIEW为软件开发平台,以丹麦B&K公司的4133声传感器、2811多路转换器、NI公司的PCI-6024数据采集卡,PC机为硬件开发平台,开发的八通道虚拟噪声测试系统。该测试系统的最大采样频率为200KHz单通道采集时信号最大分析带宽为40KHz。因为可听声的频率范围为20—20KHz,强度为0—130dB,所以该虚拟噪声测试系统可满足对噪声测试的要求。

2虚拟噪声测试系统的硬件设计

虚拟噪声测试系统的硬件包括了丹麦B&K公司的4133电容式传感器、2811多路转换器、NI公司的PCI-6024数据采集卡以及通用PC机。

2.1 电容式传感器

在电容传感器是由一个非常薄的金属膜和相距很近的后极板组成,膜片和后极板相互绝缘而构成一个电容器。当受到声波作用时,膜片就产生位移,从而使膜片与后极板门的静态电容发生变化,这一电容量的变化导致负载电阻中电流相应的变化,在负载电阻上产生与声波频率相应的交变电压输出。

2.2 多路转换器

2811型多路转换器是丹麦B&K公司生产的测试专用仪器。它的传感器输入采用标准B&K7脚插座,该插座向传声器前置放大器提供电源,并向电容传感器4133提供200V的极化电压。在自动、手动和外控方式下,2811均能在在各通道间稳定的进行电子切换。

2.3 数据采集卡

本系统中使用的NI公司的数据采集卡PCI-6024,此卡设计基于PCI总线。由于PCI 总线传输速率高,数据吞吐量大,是数据采集卡设计的主流,它是一块性价比较好的产品,支持DMA方式和双缓冲模式,保证了实时的信号不间断采集与储存。它支持单极性和双极性模拟信号输入,信号输入范围分别为-5v~+5v和0~10v。提供16路单端/8路差动模拟输入通道,2路独立的D/A输出通道,24线的TTL型数字I/O,3个16位定时计数器等多种功能。实际测量是输入信号通过BNC接头从输入端子进入数据采集卡进行数据采集,同时用美国国家仪器公司提供的Measurement Automation软件进行简单的设置便可完成系统软件与数据采集卡之间的通讯。

3虚拟噪声测试系统的软件设计

虚拟噪声测试系统的软件设计,是运用图形化编程语言LabVIEW为软件开发平台,在程序的开发过程中运用模块化的设计思想,根据所需的不同功能,分别组建数据采集、数据文件存储、文件读取、信号分析和处理、数据显示、系统标定等各种功能模块,最后再集成和调试。

3.1 数据采集模块

LabVIEW集成了功能强大的数据采集函数库Data Acquisition。本系统使用的是其中用于模拟信号输入部分Analog Input的函数。在数据采集模块中用到的主要函数分别是:初始化函数、开始采集函数、读取数据函数、清除函数。用两条数据线连接上述四个函数。其中上面一条为任务号码,下面一条为错误代码。它们贯穿采集程序始终,采样时,传递任务指示,保证程序按一定的顺序执行,当采集程序出错时,终止采集。

3.2 数据存储模块

数据存储模块的主要功能是将显示器上显示的图像所对应的时域数据存入二进制文件;将与采集数据有关的参数:平均次数、数据长度、分析带宽、触发点采样点、采集时间等存入与数据文件同名的文本文件中,便于数据读取模块和用户使用。

3.3 数据读取模块

LabVIEW有丰富的文件操作函数库,可以方便地进行文件的读写操作。LabVIEW读写文件的过程为:打开一个文件——按一定格式进行读写内容——最后关闭文件。在数据读取模块中用到的主要函数分别是:打开文件函数、读文件函数、关文件函数。

3.4 数据处理模块

数据处理模块程序的设计是本系统软件设计的核心部分,它需要完成数字滤波、加窗处理、频谱分析、功率谱分析、相关分析、倒谱分析等诸多功能。LabVIEW在Filter子模块上提供了13种滤波器,本系统采用巴特沃斯滤波器。在LabVIEW中提供了矩形窗、海明窗、汉宁窗、三角窗等12种窗函数。频谱分析部分的主要函数包括索引函数、幅度和相位谱函数、自功率谱函数。分析时首先用索引函数将二维数组中指定通道的一维数组取出,对其进行数字滤波,加窗处理,然后使用功率谱函数进行功率谱分析,最后的结果再求平均值,以消除随机误差。

3.5 数据显示模块

数据显示模块是将采集到的数据以及分析后的数据显示到显示器上,供使用者观察系统测试结果。同时它还包含许多附属的显示项,包括坐标单位显示,最大值及其相应位置显示,时限显示,数据采集文件索引显示等。

3.6 数据标定模块

本系统采用丹麦B&K公司的4133传感器,本实验用B&K2231声级计的标定输出端进行灵敏度的标定。B&K2231AC输出满量程为1VRMS,声强为110dB,经计算本系统的灵敏度为0.006225Pa/mv。

4结束语

本文介绍了虚拟噪声测试系统开发的全过程,其中包括硬件与软件部分的设计,最后通过对虚拟噪声系统与先进的噪声测试仪PULSE2000的进行对比实验证明,虚拟噪声测试系统的性能方面与PULSE2000接近,但设计成本只是它的十分之一。