噪聲的測量，有極其重要的實(shí)用價(jià)值。因?yàn)�，在生活領(lǐng)域，人們對竹炭竹纖維環(huán)境質(zhì)量的要求已越來越高，噪聲是衡量環(huán)境的關(guān)鍵指標(biāo)之一，噪聲的強(qiáng)弱直接影響到人們的健康。在生產(chǎn)領(lǐng)域，在評價(jià)設(shè)備的質(zhì)量時(shí)，噪聲的大小經(jīng)常是被列在質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)中，因而需要測定其噪聲的大小，判斷設(shè)備的質(zhì)量是否合格。因此，設(shè)計(jì)高性能的噪聲測試系統(tǒng)顯得尤其重要。如今，國內(nèi)外在噪聲測試系統(tǒng)研究方面，對傳統(tǒng)的復(fù)雜儀器，分析方法的依賴性在減少，而正在流行著一種將計(jì)算機(jī)技術(shù)和噪聲測試技術(shù)相結(jié)合，組建虛擬噪聲測試系統(tǒng)的方法，將虛擬儀器技術(shù)的測試技術(shù)引到噪聲測試領(lǐng)域中，借助計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)來設(shè)計(jì)噪聲分析軟件，與外圍硬件設(shè)計(jì)的結(jié)合，可以使得噪聲測量與分析能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行，縮短了測量和信號處理周期，減輕了研究人員負(fù)擔(dān)，使得工程師們能將精力更多地放在尋找噪聲控制的策略上來。

1虛擬噪聲測試系統(tǒng)的功能

虛擬噪聲測試系統(tǒng)是以LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，以丹麥B&K公司的4133聲傳感器、2811多路轉(zhuǎn)換器、NI公司的PCI-6024數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)為硬件開發(fā)平臺，開發(fā)的八通道虛擬噪聲測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)的最大采樣頻率為200KHz單通道采集時(shí)信號最大分析帶寬為40KHz。因?yàn)榭陕犅暤念l率范圍為20—20KHz，強(qiáng)度為0—130dB，所以該虛擬噪聲測試系統(tǒng)可滿足對噪聲測試的要求。

2虛擬噪聲測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

虛擬噪聲測試系統(tǒng)的硬件包括了丹麥B&K公司的4133電容式傳感器、2811多路轉(zhuǎn)換器、NI公司的PCI-6024數(shù)據(jù)采集卡以及通用PC機(jī)。

2.1 電容式傳感器

在電容傳感器是由一個(gè)非常薄的金屬膜和相距很近的后極板組成，膜片和后極板相互絕緣而構(gòu)成一個(gè)電容器。當(dāng)受到聲波作用時(shí)，膜片就產(chǎn)生位移，從而使膜片與后極板門的靜態(tài)電容發(fā)生變化，這一電容量的變化導(dǎo)致負(fù)載電阻中電流相應(yīng)的變化，在負(fù)載電阻上產(chǎn)生與聲波頻率相應(yīng)的交變電壓輸出。

2.2 多路轉(zhuǎn)換器

2811型多路轉(zhuǎn)換器是丹麥B&K公司生產(chǎn)的測試專用儀器。它的傳感器輸入采用標(biāo)準(zhǔn)B&K7腳插座，該插座向傳聲器前置放大器提供電源，并向電容傳感器4133提供200V的極化電壓。在自動、手動和外控方式下，2811均能在在各通道間穩(wěn)定的進(jìn)行電子切換。

2.3 數(shù)據(jù)采集卡

本系統(tǒng)中使用的NI公司的數(shù)據(jù)采集卡PCI-6024，此卡設(shè)計(jì)基于PCI總線。由于PCI 總線傳輸速率高，數(shù)據(jù)吞吐量大，是數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)的主流，它是一塊性價(jià)比較好的產(chǎn)品，支持DMA方式和雙緩沖模式，保證了實(shí)時(shí)的信號不間斷采集與儲存。它支持單極性和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分別為-5v～+5v和0～10v。提供16路單端／8路差動模擬輸入通道，2路獨(dú)立的D/A輸出通道，24線的TTL型數(shù)字I/O，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能。實(shí)際測量是輸入信號通過BNC接頭從輸入端子進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)用美國國家儀器公司提供的Measurement Automation軟件進(jìn)行簡單的設(shè)置便可完成系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)采集卡之間的通訊。

3虛擬噪聲測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

虛擬噪聲測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，是運(yùn)用圖形化編程語言LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，在程序的開發(fā)過程中運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)所需的不同功能，分別組建數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)文件存儲、文件讀取、信號分析和處理、數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)標(biāo)定等各種功能模塊，最后再集成和調(diào)試。

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

LabVIEW集成了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集函數(shù)庫Data Acquisition。本系統(tǒng)使用的是其中用于模擬信號輸入部分Analog Input的函數(shù)。在數(shù)據(jù)采集模塊中用到的主要函數(shù)分別是：初始化函數(shù)、開始采集函數(shù)、讀取數(shù)據(jù)函數(shù)、清除函數(shù)。用兩條數(shù)據(jù)線連接上述四個(gè)函數(shù)。其中上面一條為任務(wù)號碼，下面一條為錯誤代碼。它們貫穿采集程序始終，采樣時(shí)，傳遞任務(wù)指示，保證程序按一定的順序執(zhí)行，當(dāng)采集程序出錯時(shí)，終止采集。

3.2 數(shù)據(jù)存儲模塊

數(shù)據(jù)存儲模塊的主要功能是將顯示器上顯示的圖像所對應(yīng)的時(shí)域數(shù)據(jù)存入二進(jìn)制文件；將與采集數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù)：平均次數(shù)、數(shù)據(jù)長度、分析帶寬、觸發(fā)點(diǎn)采樣點(diǎn)、采集時(shí)間等存入與數(shù)據(jù)文件同名的文本文件中，便于數(shù)據(jù)讀取模塊和用戶使用。

3.3 數(shù)據(jù)讀取模塊

LabVIEW有豐富的文件操作函數(shù)庫，可以方便地進(jìn)行文件的讀寫操作。LabVIEW讀寫文件的過程為：打開一個(gè)文件——按一定格式進(jìn)行讀寫內(nèi)容——最后關(guān)閉文件。在數(shù)據(jù)讀取模塊中用到的主要函數(shù)分別是：打開文件函數(shù)、讀文件函數(shù)、關(guān)文件函數(shù)。

3.4 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊程序的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心部分，它需要完成數(shù)字濾波、加窗處理、頻譜分析、功率譜分析、相關(guān)分析、倒譜分析等諸多功能。LabVIEW在Filter子模塊上提供了13種濾波器，本系統(tǒng)采用巴特沃斯濾波器。在LabVIEW中提供了矩形窗、海明窗、漢寧窗、三角窗等12種窗函數(shù)。頻譜分析部分的主要函數(shù)包括索引函數(shù)、幅度和相位譜函數(shù)、自功率譜函數(shù)。分析時(shí)首先用索引函數(shù)將二維數(shù)組中指定通道的一維數(shù)組取出，對其進(jìn)行數(shù)字濾波，加窗處理，然后使用功率譜函數(shù)進(jìn)行功率譜分析，最后的結(jié)果再求平均值，以消除隨機(jī)誤差。

3.5 數(shù)據(jù)顯示模塊

數(shù)據(jù)顯示模塊是將采集到的數(shù)據(jù)以及分析后的數(shù)據(jù)顯示到顯示器上，供使用者觀察系統(tǒng)測試結(jié)果。同時(shí)它還包含許多附屬的顯示項(xiàng)，包括坐標(biāo)單位顯示，最大值及其相應(yīng)位置顯示，時(shí)限顯示，數(shù)據(jù)采集文件索引顯示等。

3.6 數(shù)據(jù)標(biāo)定模塊

本系統(tǒng)采用丹麥B&K公司的4133傳感器，本實(shí)驗(yàn)用B&K2231聲級計(jì)的標(biāo)定輸出端進(jìn)行靈敏度的標(biāo)定。B&K2231AC輸出滿量程為1VRMS，聲強(qiáng)為110dB，經(jīng)計(jì)算本系統(tǒng)的靈敏度為0.006225Pa/mv。

4結(jié)束語

本文介紹了虛擬噪聲測試系統(tǒng)開發(fā)的全過程，其中包括硬件與軟件部分的設(shè)計(jì)，最后通過對虛擬噪聲系統(tǒng)與先進(jìn)的噪聲測試儀PULSE2000的進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)證明，虛擬噪聲測試系統(tǒng)的性能方面與PULSE2000接近，但設(shè)計(jì)成本只是它的十分之一。