使用NI LabVIEW和PXI進(jìn)行噪聲源特征識(shí)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(dú)提供電源，因此，使用測(cè)量傳感器進(jìn)行高精度聲學(xué)研究既經(jīng)濟(jì)又方便。"– Kent L. Gee, Department of Physics and Astronomy, Brigham Young University

　　The Challenge:

　　為重型機(jī)械噪聲控制、聲場(chǎng)均衡、火箭和噴氣式飛機(jī)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(jí)儀器。

　　The Solution:

　　采用一套特別配備NI PXI-446x動(dòng)態(tài)信號(hào)采集(DSA)模塊的NI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)噪聲源進(jìn)行特征識(shí)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(dú)提供電源，因此，使用測(cè)量傳感器進(jìn)行高精度聲學(xué)研究既經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)箱為基礎(chǔ)，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(shù)據(jù)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(tǒng)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(yùn)動(dòng)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(jī)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(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(gòu)買了兩臺(tái)筆記本電腦用來(lái)控制PXI系統(tǒng)：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(nèi)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(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(chǎng)合。采用這兩臺(tái)筆記本通過(guò)LabVIEW和NI DAQmx平臺(tái)對(duì)PXI機(jī)箱和DSA模塊進(jìn)行控制總是十分簡(jiǎn)單方便。機(jī)箱和XPS M140筆記本電腦如圖1.所示。
     

圖1. NI PXI-1045機(jī)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(wú)需為傳感器單獨(dú)提供電源，因此，使用測(cè)量傳感器進(jìn)行高精度聲學(xué)研究既經(jīng)濟(jì)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(gòu)買了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(cè)量。 這些傳感器唯一的缺點(diǎn)在于：因?yàn)橥S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(gè)問(wèn)題，在需要高頻、寬動(dòng)態(tài)范圍測(cè)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(shí)方案

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

　　本測(cè)量程序的一個(gè)特點(diǎn)(見(jiàn)圖四右上角)是程序隨測(cè)量進(jìn)度可以對(duì)指定頻率繪制出增量指向性圖。對(duì)于箱裝風(fēng)扇，該支臂測(cè)量程序能夠獲得遠(yuǎn)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(cè)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(cè)量支臂，60mm的軸流風(fēng)扇安裝在鋁制機(jī)箱頂面上，三腳架上安裝的設(shè)備是一個(gè)光速度計(jì)--用于測(cè)量風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度

                                          圖3. 支臂測(cè)量程序截圖

圖4. 這張截圖反映了支臂測(cè)量程序的測(cè)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