基于LabVIEW和聲卡的電機(jī)噪聲檢測系統(tǒng)研究

任健 周強(qiáng)

摘 要：電機(jī)噪聲檢測技術(shù)是一項(xiàng)針對電機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲進(jìn)行分別和定位的現(xiàn)代化技術(shù)。通過對噪聲信息進(jìn)行采集，能夠在一定程度上了解噪聲特性。本文在進(jìn)行電機(jī)噪聲檢測系統(tǒng)的研究時(shí)，提出了以LabVIEW和聲卡系統(tǒng)作為主要采集工具的在線檢測系統(tǒng)的設(shè)想，并通過信號(hào)調(diào)理電路和控制電路共同組成了針對電機(jī)的噪聲檢測系統(tǒng)，使其能夠切實(shí)地應(yīng)用于電機(jī)噪聲環(huán)境之中。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；信號(hào)采集；電路設(shè)計(jì)；噪聲檢測

中圖分類號(hào)：TM306 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）03-0024-02

Research of Motor Noise Detection System Based on LabVIEW and Sound Card

REN Jian1，ZHOU Qiang2

（1.Shaanxi University of Science and Technology，Xi'an 710021，China；

2.Shangluo Vocational and Technical College，Shangluo 726000，China）

Abstract：The technology of motor noise detection is a modern technology for locating and locating the vibration and noise of motors. By collecting noise information，we can understand noise characteristics to a certain extent. In the study of motor noise detection system，the idea of on-line detection system based on LabVIEW and sound card system as the main acquisition tool is proposed in this paper. The noise detection system for motor is composed of signal conditioning circuit and control circuit，so that it can be applied in the noise environment of motor.

Keywords：LabVIEW；signal acquisition；circuit design；noise

0 引 言

LabVIEW是當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)域中較為先進(jìn)的信號(hào)檢測虛擬儀器。作為唯一的圖形化編程語言，LabVIEW通過計(jì)算機(jī)的硬件支持，能夠在功能方面取代傳統(tǒng)儀器，并將信號(hào)采集、信號(hào)分析與信號(hào)輸出融合成一個(gè)整體，再通過計(jì)算機(jī)資源系統(tǒng)形成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析處理等工作。因此，在進(jìn)行噪聲檢測系統(tǒng)研究時(shí)選取了LabVIEW儀器進(jìn)行研究。

1 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

針對電機(jī)噪聲，本文在進(jìn)行噪聲采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將電機(jī)信號(hào)分為了振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào)兩個(gè)部分，分別進(jìn)行了采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1.1 振動(dòng)信號(hào)采集模塊

在電機(jī)中，振動(dòng)信號(hào)的形成需要依靠振動(dòng)傳感器來完成獲取。目前市面上常見的振動(dòng)傳感器主要有加速度計(jì)、速度拾取器、電阻式應(yīng)變壓電傳感器以及電渦流探頭等幾種類型。這幾種傳感器在使用中各有優(yōu)劣勢。結(jié)合電機(jī)的振動(dòng)特性，本文選取了壓電傳感器作為電機(jī)振動(dòng)信號(hào)的采集單元。與其他幾種傳感器相比，壓電傳感器在結(jié)構(gòu)、工作可靠性以及固有頻率和高頻響應(yīng)等方面擁有突出優(yōu)勢，能夠針對電機(jī)所產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)進(jìn)行快速識(shí)別和獲取，最終收集到相對真實(shí)的數(shù)據(jù)信息。

1.2 噪聲信號(hào)采集模塊

與振動(dòng)信號(hào)采集模塊不同，噪聲信號(hào)的采集需要獲取的是電機(jī)對象的噪聲情況。其傳感器選擇應(yīng)當(dāng)以聲卡為基礎(chǔ)，進(jìn)行聲音信號(hào)收集，因此需要選擇特定的傳聲器。目前常見的傳聲器有電容式傳聲器、陶瓷傳聲器以及動(dòng)態(tài)傳聲器等幾大類型，其中電容式傳聲器和動(dòng)態(tài)傳聲器較為普及，兩種傳聲器均以動(dòng)圈電動(dòng)來完成傳聲。本文結(jié)合電機(jī)運(yùn)行過程中的噪聲頻率，采用了具有優(yōu)勢的駐極體電容式傳聲器組成信號(hào)采集模塊。在對比動(dòng)態(tài)傳聲器，駐極體傳聲器的頻響范圍與人耳聽覺的頻響范圍保持一致，能夠真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中人耳聽取電機(jī)噪音的特點(diǎn)。此外，駐極體傳聲器能夠通過薄膜的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)電容的改變，與人耳的工作情況十分類似，能夠更好地還原電機(jī)噪聲。

2 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選用

完成了信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)，在調(diào)理電路設(shè)計(jì)中，首先要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換器的選擇，選取符合電機(jī)噪聲檢測環(huán)境的數(shù)模轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)電路內(nèi)部A/D快速轉(zhuǎn)換，保證檢測效率。本文根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用了VC型的增強(qiáng)器，由于其內(nèi)部并沒有集成A/D轉(zhuǎn)換空能，因此在使用時(shí)還需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換芯片的安裝[1]。為了保證二者能夠協(xié)同完成工作，本文根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片當(dāng)中的串行和并行，將其設(shè)計(jì)為與VC相適應(yīng)的多通道緩沖串口，從而使設(shè)計(jì)得到了簡化。為了提升串口效率，本文在芯片選擇方面選用了某公司生產(chǎn)的十位串行A/D芯片，采用5V供電的方式，在提升效率的同時(shí)，還能夠有效地控制使用功率。

2.2 串行通訊

在LabVIEW的設(shè)計(jì)中，A/D轉(zhuǎn)換在數(shù)模轉(zhuǎn)換過程中需要依靠串行通訊才能夠完成信息的導(dǎo)入和信號(hào)輸出。本文選取了PC終端常見的RS232串行口作為采集系統(tǒng)的通訊方式，通過DB9連接器對九針串口進(jìn)行連接器引腳，實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)配置的PC終端進(jìn)行連接。在具體的使用過程中，信號(hào)采集和信號(hào)獲取通過RS232標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，其中信號(hào)地、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)三種信號(hào)能夠滿足幾乎所有振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào)的采集和傳遞。

2.3 信號(hào)增益

在實(shí)際的信號(hào)傳遞過程中，由于轉(zhuǎn)換過程和信號(hào)傳播過程的影響，所形成的電信號(hào)相對微弱。因此為了保證信號(hào)準(zhǔn)確無誤地完成輸入和輸出，需要對信號(hào)進(jìn)行放大和增益。在以往的儀器設(shè)置當(dāng)中，通常會(huì)將DAQ卡與信號(hào)接入端口相連接，并在連接之前完成信號(hào)放大處理。在處理過程中，可通過差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)增益。然而在實(shí)際使用過程中，差動(dòng)放大電路具有較大的誤差，精密度不高，且使用過程中還需對電阻進(jìn)行調(diào)整。因此本文在進(jìn)行LabVIEW儀器的設(shè)計(jì)過程中，選用了儀表放大芯片AD620對信號(hào)傳輸進(jìn)行增益。與其他的放大芯片不同，AD620的增益范圍較為廣泛，它主要由三個(gè)放大器共同組成，能夠在1K-10KΩ的范圍內(nèi)進(jìn)行工作，并可以通過調(diào)整電阻值進(jìn)行增益值的放大。

3 控制電路設(shè)計(jì)

3.1 電平輸出方式

在控制電路的設(shè)計(jì)中，為了保證電平輸出始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)，本文采用了PCI數(shù)采卡作為電平輸出的控制方式，通過PC終端來完成電路控制。當(dāng)PC終端向控制電路輸出低電平時(shí)，PCI數(shù)采卡變會(huì)形成提示，使三極管截至運(yùn)行，此時(shí)繼電器開關(guān)受到HT輪椅狀態(tài)控制，通過耐用性試驗(yàn)機(jī)保持工作狀態(tài)，一旦輪椅運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)了諸如輪椅反倒和輪椅損毀等異常狀態(tài)時(shí)，數(shù)采卡會(huì)通過高電平的輸出，使三極管恢復(fù)導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)繼電器的開關(guān)會(huì)由停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變成為開啟狀態(tài)，進(jìn)而對實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行保護(hù)[2]。

3.2 軟件程序設(shè)計(jì)

在PC終端，還需要進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)，用以對電路和采集系統(tǒng)進(jìn)行控制。本文在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將軟件程序分為了幾個(gè)主要的步驟：（1）步驟為初始化系統(tǒng)。管理人員通過對PC終端的操控，能夠?qū)⒂布娐泛蛙浖到y(tǒng)進(jìn)行初始化，完成電源接通，啟動(dòng)采集模塊。整個(gè)初始化過程遵循從硬件啟動(dòng)到軟件啟動(dòng)這一流程來完成。其中采集模塊率先啟動(dòng)，隨后帶動(dòng)外置的AD設(shè)備完成初始化；（2）步驟為信息采集。管理人員通過對PC終端軟件操控，形成采集指令，由采集模塊對電機(jī)噪聲和電機(jī)的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行采集，再借助A/D轉(zhuǎn)換器將采集信號(hào)導(dǎo)入到相應(yīng)的地址中；（3）步驟為參數(shù)計(jì)算。在系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過事先設(shè)置的計(jì)算方法，對已經(jīng)獲取的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，并得出相應(yīng)的真實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)；（4）步驟為LED展示。在PC終端，系統(tǒng)將已經(jīng)完成的參數(shù)計(jì)算通過LED顯示設(shè)備展示到工作人員面前，為工作人員提供判斷依據(jù)。

4 結(jié) 論

綜上所述，針對電機(jī)運(yùn)行的過程產(chǎn)生的噪聲，本文所采取的LabVIEW采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有開放性和模塊化的特點(diǎn)。在系統(tǒng)操作方面，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵式操作，完成對采集模塊的控制和指令，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，可以廣泛應(yīng)用于電機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李紅剛，張素萍.基于單片機(jī)和LabVIEW的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].國外電子測量技術(shù)，2014，33（4）：62-67.

[2] 張黎，蔡亮.基于LabVIEW的虛擬信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].國外電子測量技術(shù)，2014，33（1）：82-85.

作者簡介：任健（1984.06-），男，陜西人，講師，本科。研究方向：電氣工程、控制工程。