使用NI LabVIEW和PXI進(jìn)行噪聲源特征識別

　　"PXI-466x模塊特別采用了壓電集成電路(IEPE)技術(shù)，無(wú)需為傳感器單獨提供電源，因此，使用測量傳感器進(jìn)行高精度聲學(xué)研究既經(jīng)濟又方便。"– Kent L. Gee, Department of Physics and Astronomy, Brigham Young University

　　The Challenge:

　　為重型機械噪聲控制、聲場(chǎng)均衡、火箭和噴氣式飛機噪聲研究以及小型軸流冷卻風(fēng)扇輻射噪聲主動(dòng)控制等研究不斷升級儀器。

　　The Solution:

　　采用一套特別配備NI PXI-446x動(dòng)態(tài)信號采集(DSA)模塊的NI數據采集系統對噪聲源進(jìn)行特征識別。

　　　"PXI-466x模塊特別采用了壓電集成電路(IEPE)技術(shù)，無(wú)需為傳感器單獨提供電源，因此，使用測量傳感器進(jìn)行高精度聲學(xué)研究既經(jīng)濟又方便。"

　　　　Author(s):

　　Kent L. Gee - Department of Physics and Astronomy, Brigham Young University

　　楊百翰大學(xué)(BYU)的聲學(xué)研究小組(ARG)由來(lái)自物理系與機械和電氣工程系的師生構成。由于楊百翰大學(xué)已經(jīng)擁有LabVIEW及相關(guān)工具箱的NI院校單位許可證，因而使用LabVIEW配置和控制數據采集系統十分方便。

　　數據采集系統

　　我們目前的DAQ系統以NI PXI-1045型18槽機箱為基礎，配備八個(gè)NI PXI-4462 DSA模塊，每個(gè)模塊帶有四個(gè)模擬輸入端口。24位的DSA模塊特別帶有6個(gè)可選模擬輸入增益，并且擁有最高204.8kS/s的同步采樣率。另外配置了一塊NI PXI-4461數據采集模塊以提供模擬輸出能力，該模塊擁有兩個(gè)模擬輸入和兩個(gè)模擬輸出。整體而言，該系統擁有34個(gè)輸入通道和2個(gè)輸出通道。我們還采用了NI PXI-7344中檔步進(jìn)/伺服控制器用于我們的自動(dòng)化運動(dòng)控制應用。

　　基于其優(yōu)異的性能和明顯的便捷性，我們選用了NI PXI-ExpressCard8360作為PXI機箱控制器，以方便使用筆記本電腦進(jìn)行控制。NI PXI-Express8360提供的數據吞吐量相比于傳統CardBus增加60%，，并且大多數筆記本電腦廠(chǎng)商都其部分產(chǎn)品上配置了ExpressCard插槽。我們購買(mǎi)了兩臺筆記本電腦用來(lái)控制PXI系統：Dell XPS M140是一款帶有一個(gè)ExpressCard插槽的中型筆記本電腦，而Dell Latitude D820是一款稍大的帶有ExpressCard和CardBus兩個(gè)插槽的筆記本電腦，配置有SATA硬盤(pán)、2GB內存以及高性能雙核處理器。因此我們使用XPS M140進(jìn)行日常應用，而Latitude D820則主要用于要求高功率的高通道數應用場(chǎng)合。采用這兩臺筆記本通過(guò)LabVIEW和NI DAQmx平臺對PXI機箱和DSA模塊進(jìn)行控制總是十分簡(jiǎn)單方便。機箱和XPS M140筆記本電腦如圖1.所示。
     

圖1. NI PXI-1045機箱和Dell XPS M140筆記本電腦

　　PXI-446x模塊特別采用了壓電集成電路(IEPE)技術(shù)，又稱(chēng)恒流源(CCP)供電，無(wú)需為傳感器單獨提供電源，因此，使用測量傳感器進(jìn)行高精度聲學(xué)研究既經(jīng)濟又方便。楊百翰大學(xué)聲學(xué)研究小組擁有大約60個(gè)半英寸的Larson Davis、PCB和GRAS公司IEPE麥克風(fēng)。另外，大學(xué)最近購買(mǎi)了32個(gè)四分之一英寸的GRAS IEPE麥克風(fēng)用于小封裝、高帶寬或低靈敏度需求情形的的測量。 這些傳感器唯一的缺點(diǎn)在于：因為同軸電纜存在著(zhù)固有電容，大型線(xiàn)纜情形下可用的帶寬受到限制。為了克服這個(gè)問(wèn)題，在需要高頻、寬動(dòng)態(tài)范圍測量時(shí)我們使用了低電容的同軸電纜。

風(fēng)扇噪音特征辨識方案

　　聲學(xué)研究小組特別制定了兩套實(shí)驗方案用于識別風(fēng)扇噪聲的特征。第一種方案采用是步進(jìn)電機控制的半圓形測量支臂，如圖2所示。13個(gè)半英寸的IEPE麥克風(fēng)固定在測量支臂上，通過(guò)測量支臂轉動(dòng)來(lái)測量半球指向性。PXI-7344控制器驅動(dòng)一個(gè)Oriental Motor步進(jìn)電機的伺服器和電機，步進(jìn)電機再與各種齒輪嚙合，以1/60度的精度轉動(dòng)測量支臂。LabVIEW測量軟件界面截圖如圖3、圖4所示。

　　本測量程序的一個(gè)特點(diǎn)(見(jiàn)圖四右上角)是程序隨測量進(jìn)度可以對指定頻率繪制出增量指向性圖。對于箱裝風(fēng)扇，該支臂測量程序能夠獲得遠場(chǎng)指向性與頻率和流量的關(guān)系。在主動(dòng)降低風(fēng)扇噪聲時(shí)進(jìn)行這些指向性測量工作還可以獲得整體噪聲降低的信息。

         圖2. 圖片為楊百翰大學(xué)全消聲室內半圓形測量支臂，60mm的軸流風(fēng)扇安裝在鋁制機箱頂面上，三腳架上安裝的設備是一個(gè)光速度計--用于測量風(fēng)扇的轉動(dòng)速度

                                          圖3. 支臂測量程序截圖

圖4. 這張截圖反映了支臂測量程序的測量示意屏是如何顯示任意通道的功率譜和指定給定頻率的指向性圖