基于PC声卡的振动测量系统与技术

　　1 引言

　　激振源和数据采集模块是各种振动测试平台或系统的两个主要组成部分，在大多的振动测试系统中，针对系统的具体应用对象和功能，都提供了专用的激振源和数据采集模块。然而，随着计算机技术和多媒体声卡技术的发展与应用，在这些以计算机为核心的振动测试系统特别是振动教学实验系统中，配置专用的激振源和数据采集模块将是一种资源的浪费，计算机声卡在很多振动测试系统中完全可以同时作为两路激振源和两路数据采集模块。

　　针对在科研和教学广泛使用的振动教学实验系统，采用多媒体计算机声卡设计的两通道激振源和双通道数据采集，实现了声卡左右声道的独立工作，不仅很好地满足和保证了振动实验教学的教学要求和教学效果，而且充分利用了现有计算机系统资源以及大大降低了振动教学实验系统组建成本和系统投入。

　　2 系统总体方案

　　在基于声卡的振动教学实验系统中，计算机是核心，实现对声卡激励源、功率放大器、振动台、电荷放大器以及声卡采集等的管理和控制，它负责每个振动实验的过程控制、激励信号的产生与数据的采集和处理，其组成结构如图1所示。

　　系统中，声卡在计算机的控制下利用它的输出通道实现振动台激励信号的产生。计算机声卡作为音频输出设备的同时也是输入设备，它的硬件结构中有将模拟信号向数字信号转换的AD转换器以及滤波部分。

　　现在主流声卡AD的转换精度已经达到16位，最高采样频率44.1kHz，对于信号频率范围一般在10Hz～44kHz的振动实验，声卡的输出和输入性能完全可以满足激振和采集的要求。此外，现在声卡一般支持立体声，其左右声道可以独立控制，因此一块声卡就可以独立的两路激励源和数据采集通道，根据系统的需要，通过增加声卡可以实现更多路的激励源和数据采集通道。

　　图1 基于声卡的振动教学实验系统方框图

　　3 多媒体声卡技术

　　声卡技术是多媒体计算机中的关键技术之一，也基于声卡的振动教学实验系统的关键技术和部件之一。现在主流声卡都支持立体声，每通道有同为16位的数模转换器和模数转换器，标准采样频率有44.1kHz、22.05kHz、11.025kHz三种。[4]

　　3.1 声卡的工作原理

　　声卡的工作原理如图2所示，主要包括两个过程：声音信号的数字化过程和声音信号的重构过程。

　　图2 声卡的工作原理

　　主机通过总线控制模数转换器(A/D)将麦克风或CD的输入音频信号转换成数字信号，送到计算机进行各种处理，实现音频信号的数字化的过程。同时又将数字化的音频信号送到数模转换器(D/A)，将数字信号变成模拟的音频信号，实现音频信号的模拟输出，即音频信号的重构过程。