基于LabVIEW和声卡的机床噪声测试分析系统

    1 引 言

    近年来,噪声的污染日益严重,为了控制噪声,各国都有专门的机构对噪声进行监测与控制,国内许多院校都开设了/振动与噪声控制技术0、/噪声测试技0、/机械振动噪声学0、/环境保护概论0、/噪声控制工程0等相关课程,并开设了相应的实验课程。为了加强和改进该类课程的实验教学,同时减少实验室建设成本,利用声卡作为数据采集卡,麦克风为噪声传感器,利用美国N I公司的虚拟仪器软件LabVIEW做软件开发平台,设计并实现了一个噪音测试分析系统。该系统较好地实现了噪声的采集、分析和远程监测,使得噪声的测量和分析能够实时进行。它具有开发简便、技术集成化高、性能扩充性好、自动化程度高及系统成本低等优点,不仅完全能满足日常噪声测试和分析以及实验教学的需要,而且也为实验室建设提供了新的思路。

    2 虚拟噪声测试分析系统

    系统主要由声信号的采集、数据的存取、数据的处理分析、数据的网络传输,虚拟仪器的远程控制,生成结果报表这六部分组成。它能对声信号实时采集;能及时保存采集的数据,且便于数据的回放和网络传输;能进行声信号的时域分析,频域分析,倍频程分析,计权分析,声压、声强、声压级的测量;能方便实现远程操作等功能。

    2. 1 测试系统硬件的构成

    测试系统的一个特点是硬件少,通用性好。为达到该目的尽量选用目前应用广泛的麦克风、声卡、计算机系统作为测试系统的硬件基础。由于机床噪声一般为中频(500~1000 Hz)和中高频(1000~5000 Hz)的声信号,而根据普通的电容式麦克风幅频特性可知:其平坦频率带一般为50 Hz~18 KHz,因此普通麦克风是可以将声压信号很好地线性转换为电压信号[1],同时普通声卡的采样频率可达44. 1KHz,该采样频率也能很好地满足采样定理。普通声卡的位数以16位为主,其量化灵敏度可满足要求[2] [3]。此外,其噪声水平和总谐波失真较低,价格便宜,能较好地满足系统开发要求。

    2. 2 软件

    测试系统主要由数据采集和存取、数据处理和分析、数据的网络传送三部分组成,如图1所示。

    2. 2. 1 数据采集和存取部分

    (1)数据采集。为了节省CPU资源,声卡数据的采集是采用了缓冲区的工作方式。在该工作方式下,声卡的控制芯片先将每一次A/D转换的数据放在缓冲区,待缓冲区满时,向CPU发出中断,CPU响应中断后一次性将缓冲区的数据全部读出。那么在Lab-VIEW中采集过程如何实现的呢? LabVIEW提供了完备的声卡控制操作模块,该模块含有多个函数,可实现对声卡的设置、开始、采集、停止和清空内存的操作。