使用NI LabVIEW和PXI進行噪聲源特征識別

　　"PXI-466x模塊特別采用了壓電集成電路(IEPE)技術(shù)，無需為傳感器單獨提供電源，因此，使用測量傳感器進行高精度聲學(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、聲場均衡、火箭和噴氣式飛機噪聲研究以及小型軸流冷卻風扇輻射噪聲主動控制等研究不斷升級儀器。

　　The Solution:

　　采用一套特別配備NI PXI-446x動態(tài)信號采集(DSA)模塊的NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對噪聲源進行特征識別。

　　　"PXI-466x模塊特別采用了壓電集成電路(IEPE)技術(shù)，無需為傳感器單獨提供電源，因此，使用測量傳感器進行高精度聲學(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)由來自物理系與機械和電氣工程系的師生構(gòu)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)十分方便。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　我們目前的DAQ系統(tǒng)以NI PXI-1045型18槽機箱為基礎(chǔ)，配備八個NI PXI-4462 DSA模塊，每個模塊帶有四個模擬輸入端口。24位的DSA模塊特別帶有6個可選模擬輸入增益，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(shù)據(jù)采集模塊以提供模擬輸出能力，該模塊擁有兩個模擬輸入和兩個模擬輸出。整體而言，該系統(tǒng)擁有34個輸入通道和2個輸出通道。我們還采用了NI PXI-7344中檔步進/伺服控制器用于我們的自動化運動控制應(yīng)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行控制。NI PXI-Express8360提供的數(shù)據(jù)吞吐量相比于傳統(tǒng)CardBus增加60%，，并且大多數(shù)筆記本電腦廠商都其部分產(chǎn)品上配置了ExpressCard插槽。我們購買了兩臺筆記本電腦用來控制PXI系統(tǒng)：Dell XPS M140是一款帶有一個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兩個插槽的筆記本電腦，配置有SATA硬盤、2GB內(nèi)存以及高性能雙核處理器。因此我們使用XPS M140進行日常應(yīng)用，而Latitude D820則主要用于要求高功率的高通道數(shù)應(yīng)用場合。采用這兩臺筆記本通過LabVIEW和NI DAQmx平臺對PXI機箱和DSA模塊進行控制總是十分簡單方便。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)，又稱恒流源(CCP)供電，無需為傳感器單獨提供電源，因此，使用測量傳感器進行高精度聲學(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個半英寸的Larson Davis、PCB和GRAS公司IEPE麥克風。另外，大學(xué)最近購買了32個四分之一英寸的GRAS IEPE麥克風用于小封裝、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在于：因為同軸電纜存在著固有電容，大型線纜情形下可用的帶寬受到限制。為了克服這個問題，在需要高頻、寬動態(tài)范圍測量時我們使用了低電容的同軸電纜。

風扇噪音特征辨識方案

　　聲學(xué)研究小組特別制定了兩套實驗方案用于識別風扇噪聲的特征。第一種方案采用是步進電機控制的半圓形測量支臂，如圖2所示。13個半英寸的IEPE麥克風固定在測量支臂上，通過測量支臂轉(zhuǎn)動來測量半球指向性。PXI-7344控制器驅(qū)動一個Oriental Motor步進電機的伺服器和電機，步進電機再與各種齒輪嚙合，以1/60度的精度轉(zhuǎn)動測量支臂。LabVIEW測量軟件界面截圖如圖3、圖4所示。

　　本測量程序的一個特點(見圖四右上角)是程序隨測量進度可以對指定頻率繪制出增量指向性圖。對于箱裝風扇，該支臂測量程序能夠獲得遠場指向性與頻率和流量的關(guān)系。在主動降低風扇噪聲時進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(nèi)半圓形測量支臂，60mm的軸流風扇安裝在鋁制機箱頂面上，三腳架上安裝的設(shè)備是一個光速度計--用于測量風扇的轉(zhuǎn)動速度

                                          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