【正文】 ，我們就可以采用平穩(wěn)過程的分析處理方法來處理了。 LabVIEW 的程序支持模塊化開發(fā)，大大方便了程序的設(shè)計(jì)及運(yùn)行。然后 再與設(shè)定的閾值作比較（閾值體現(xiàn)了系統(tǒng)允許的匹配誤差范圍，由用戶自行設(shè)定）。如圖 所示 。 圖 聲卡初始化設(shè)置的程序框圖 提取特征頻 率部分。 當(dāng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度比較緩慢時(shí)，使得緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)被覆蓋后，會(huì)報(bào)告產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤信息，在這個(gè)時(shí)候，程序開發(fā)人員或者系統(tǒng)使用人員應(yīng)該重新設(shè)置采樣頻率，盡可能在在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取之間找到一個(gè)合格的兼容。 為了防止 信號(hào)干擾 ， 程序首先進(jìn)入有效音頻等待階段 ， 此時(shí)程序通過 “ SI READ” 子 VI 讀取聲卡采集的信號(hào) ， 并捆綁為一個(gè)波形 ， 通過 “ 提取單頻信息 ” 模塊提取該聲音信號(hào)的主頻率的幅值輸出顯示 。 前面板設(shè)計(jì) 添加布爾型控件 ‘ 采音 /檢測(cè) ’ ，用于選擇采集 聲音 還是 檢測(cè)故障 ，下面的 stop 控件用于停止錄音。 圖 揚(yáng)聲器采樣頻率和深度 I/O 設(shè)備： 鍵盤、鼠標(biāo)、耳機(jī) （ 或音響 ） 、麥克風(fēng)?？傊?，模塊化編程不但可以提高編程效率、重復(fù)利用子程序、便于程序調(diào)試和修改，而且便于模塊的集成開發(fā)、程序的擴(kuò)展和系統(tǒng)功能的完善。因?yàn)榫亩x了程序的模塊接口，很容易把問題定位到特定的模塊。定義好模塊的輸入和輸出之后，程序員可以給模塊提供需要的輸入，通過檢測(cè)輸出來判斷模塊的正確性。該系統(tǒng)除 了前面介紹的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還具有良好的移植性。 NI 公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡有多種總線類型（可選擇），模擬輸入有多通道（ 4 個(gè)通道以上），傳輸帶寬比較大，采樣精度高、延時(shí)少，而其價(jià)格（官方網(wǎng)站報(bào)價(jià)為 RMB 8， 010～ 89， 090）卻不是普通用戶能夠承受的。聲卡可以較準(zhǔn)確地測(cè)量音頻范圍內(nèi)的信號(hào)，例如：振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、心肺聽診、心電圖、地震波，聲音 ，電源諧波 等， 根據(jù)所用傳感器的不同而不同，當(dāng)然還要看所用的軟件。測(cè)量的準(zhǔn)確度由聲卡的質(zhì)量決定。然而，其性能與價(jià)格基本成正比，少則幾百、多則上萬元的價(jià)格使得系統(tǒng)開發(fā)成本大大增加，系統(tǒng)性價(jià)比（性能 /價(jià)格）大大減小。在實(shí)際工作中，信號(hào)的抽樣是通過 A/D 芯片來實(shí)現(xiàn)的。 聲卡測(cè)量信號(hào)的引入采用音頻電纜或屏蔽電纜以降低噪聲干擾 .由于該傳感器沒有前置濾波去噪功能 ， 可能在采集時(shí)帶來部分噪聲信號(hào) ， 但對(duì)一般的實(shí)驗(yàn)性研究不會(huì)帶來太多影響 ， 在后面可以通過軟 件濾波消噪 達(dá)到良好的效果 。 f） 總諧波失真：英文全稱為 Total Harmonic Distortion，簡(jiǎn)稱 THD，是指用信號(hào)源輸入信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)（諧波及其倍頻成分）比輸入信號(hào)多出的額外諧波成分，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。在計(jì)算機(jī)中一般的聲卡是 16 位的，信噪比可達(dá) 96dB。 a） 復(fù)音數(shù)量：復(fù)音數(shù)不是聲卡的 DAC（ DigitaltoAnalog Conversion，數(shù)字 /模 擬轉(zhuǎn)換器）或 ADC（ AnalogtoDigital Conversion，模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器）的轉(zhuǎn)換位數(shù)，而 是代表聲卡能同時(shí)發(fā)出多少種聲音。一般聲卡 16 位的 A/D 轉(zhuǎn)換精度，比通常 12 位 A/D 卡的精度高，對(duì)于許多工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)來說都是足夠高的，其價(jià)格卻比后者便宜得多。聲卡測(cè)量信號(hào)的引入應(yīng)采用音頻電纜或屏蔽電纜以降低噪聲干擾。如挪威的 CARDIAC 公司的基于 LabVIEW 平臺(tái)的測(cè)試北海油田石油、大氣、水流 的 MPFM 系統(tǒng)等。實(shí)際 上，VI 類似于傳統(tǒng)編程語言的函數(shù)或子程序。 LabVIEW 是一種用圖標(biāo)代碼來代替編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序的開發(fā)工具。虛擬儀器的發(fā)展標(biāo)志著自動(dòng)測(cè)試與電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)嶄新方向。利用 PC 計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理，由 I/0 接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。 為 此本文提出利用虛擬儀器技術(shù) LabVIEW 作為開發(fā)平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)電廠風(fēng)機(jī) 出廠 狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。 早期 的 檢測(cè) 方法是讓檢測(cè)線經(jīng)過消音室，富有經(jīng)驗(yàn)的工人在室內(nèi)用人耳聽辨別故障風(fēng)扇。首先在保證系統(tǒng)可靠性和可行性的前提下，用計(jì)算機(jī)本身的聲卡代替專用的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn) 采樣頻率， 16 位采樣深度，對(duì)風(fēng)扇聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 關(guān)鍵詞 ： 音頻信號(hào)； 虛擬儀器 ； LabVIEW； 故障檢測(cè) ； 聲音數(shù)據(jù)采 集 Fan Fault Detection System based on the Virtual Instrument Abstract Fan fault detection is widely used in the fan production process. At present, the methods used widely are vibration diagnosis technology and audio diagnosis technology, but vibration diagnosis technology is noncontact measurement so we need to overe test line of body vibration influence. This paper adopted the audio fault diagnosis system based on virtual instrument, and constructed a flexible function of fault diagnosis system with high precision and low cost. It can be applied from the two sides of hardware and application software design to plete the system design based on the function fault diagnosis and virtual instrument design method. First ,on the premise to ensure system reliability and feasibility ,the special data acquisition card for data acquisition was instead by the owe sound card of puter ,to achieve an sampling accuracy of kHz ,depth of sampling 16 bit ,to acquire the fan acoustic signal the realtime data. Then, several applications programs, such as signal analysis, signal inputoutput, data storage and processing act. And human machine interface were plete in LabVIEW platform. .And it implemented the realtime data acquisition and display, harmonic distortion analysis, short and window handle, and other function in one of the fault detection system design. It has been tested that the system could meet the needs of the fault detection system, with the feature of low cost, detection convenient, stable and reliable of performance. With broad application prospect, it can be applied to voice recognition, environmental noise monitoring, laboratory measurement research field etc. Key words： audio signal。嚴(yán)重影響了風(fēng)扇出廠試驗(yàn)的速度與準(zhǔn)確率?？梢酝茝V到 聲音 識(shí)別、環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量等多種領(lǐng)域，應(yīng)用前景廣闊。 ，而不需購(gòu)買新的儀器。虛擬儀器 的出現(xiàn)，使測(cè)量?jī)x器與個(gè)人計(jì)算機(jī)的界線更融為一體了。像 VB、 VC 等高級(jí)語言一樣， LabVIEW 也是一種帶有擴(kuò)展庫(kù)函數(shù)程序開發(fā)系統(tǒng)?？驁D程序用圖形化編程語言編寫，框圖程序是對(duì)具體編程問題的圖形解決方案，即 VI 的源代碼。當(dāng)前，各種測(cè)試軟件、專用集成電路和固化軟件的廣泛應(yīng)用，使系統(tǒng)技術(shù)和模塊式儀器得以迅速發(fā)展，這些都給虛擬儀器的研究和應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件，同時(shí)也為我們提供了一個(gè)縮小與國(guó)際先進(jìn)水平差距的機(jī)會(huì)。 聲卡的工作流程如圖 所示 。 如果需要處理直流或緩變信號(hào)，則需要其他技術(shù)的配合。目前聲卡的硬件復(fù)音數(shù)都不超過 64 位。 LabVIEW 把聲卡的聲道分為單聲道（ mono）和立體聲（ stereo）兩種。 g） 緩沖區(qū)：與一般 DAQ 卡不同，聲卡的 D/A 功能是連續(xù)狀態(tài)的，為了節(jié)省資源，聲卡的 D/A 或 A/D 都對(duì)某一緩沖區(qū)進(jìn)行操作，待緩沖區(qū)數(shù)據(jù)操作完畢時(shí)產(chǎn)生中斷， CPU 響應(yīng)中斷信號(hào)進(jìn)行處理。因此，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中同時(shí)存在兩種不同形式的信號(hào)：連續(xù)模擬信號(hào)和離散數(shù)字信號(hào)。為保證采樣后信 號(hào)的頻譜形狀不失真，采樣頻率必須大于信號(hào)中最高頻率成份的兩倍。幾乎每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)內(nèi)置聲卡。但是不能因?yàn)楸阋司托】戳寺暱?，因?yàn)楸阋酥皇谴笈可a(chǎn)的結(jié)果，正是因?yàn)榇笈可a(chǎn)，所以性能相當(dāng)穩(wěn)定。從上面的分析可以知道，用聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡，結(jié)合 LabVIEW 編程可以組成一個(gè)低成本高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。雖然說國(guó)產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡比較便宜，但這只是相對(duì)國(guó)外品牌的數(shù)據(jù)采集卡而言的，對(duì)普通用戶來說，價(jià)錢依然昂貴，如中泰的數(shù)據(jù)采集卡要 3000 多元人民幣，凌華的 DAQ20xx（ 250k 四通道同步采樣 ， 16 位分辨率）要 13000 多元人民幣。如果把代碼分為較小的功能單元，將大大簡(jiǎn)化編程過程。 2） 子程序可以重用：為一個(gè)程序編寫的代碼經(jīng)?？梢杂糜谄渌某绦颉Ｎ覀兛梢院芊奖愕匕研碌幕蛘{(diào)試過的模塊連接一個(gè)已有的程序，而不用更改程序的其余部分。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 程序設(shè)計(jì)流程圖 程序設(shè)計(jì)流程圖 ，如圖 所示 。聲卡虛擬儀器的這種寬頻帶特性，給基于聲卡的聲波測(cè)深、振動(dòng)信號(hào)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)用虛擬儀器的研究與開發(fā)提供了一個(gè)高性能的采集平臺(tái)。顯件用于顯示 檢測(cè) 的結(jié)果， 正常 為綠色， 不正常為紅色。通過波形的顯示，最后把波形的其他參數(shù)以數(shù)字的形式都顯示出來。 圖 聲音輸入清零子 VI 前面板 該函數(shù)用于關(guān)閉聲卡采樣通道，釋放請(qǐng)求的一系列系統(tǒng)資源 (包括緩沖區(qū)內(nèi)存，聲 卡端口等 )。具體框圖 如圖 所示 。1Hz。 對(duì)于比較結(jié)果，用 case 結(jié)構(gòu)輸出。底層服務(wù)層要滿足對(duì)聲音 信號(hào)的基本操作，為分析處理階段進(jìn)行的各種 分析與處理 提 供 服務(wù)；分析處理層要對(duì) 聲音 信號(hào) 分別在時(shí)域與頻域 內(nèi) 提取相應(yīng)的特征 ，例如 功率譜及功率譜密度 、 相頻與幅頻信號(hào)，提取基波頻率 等相關(guān)內(nèi)容 。 時(shí)域分析主 要完成對(duì)信號(hào)瞬態(tài)特征參數(shù)提取和諧波失真分析 ， 并基于用戶測(cè)量 ， 測(cè)試的需要 ， 可以在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展測(cè)量功能 ， 時(shí)域分析主要提取單頻信號(hào)的特征參數(shù)幅值 ，頻率 ， 相位 ， 偏移 ， 最大值 ， 最小值等 。 時(shí)域分析方法完全是在時(shí)間域中分析信 號(hào)，時(shí)間分辨率理論上可以達(dá)到無窮大，但頻率分辨率為零，而頻域分析方法則相反。 頻域分析主要是通過選項(xiàng)對(duì)波形進(jìn)行頻譜分析，在這里頻譜分析主要有功率譜 密度 、幅度譜兩種，這充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)程序的高效性，用開發(fā)程序，大大提高了程序的開發(fā)效率，就是信號(hào)的某些特征在頻域上隨功率的分布關(guān)系 功率譜就是功率與頻率之間的關(guān)系曲線功率譜估計(jì)就是基于有限的數(shù)據(jù)尋找信號(hào)。一般用具有統(tǒng)計(jì)特性的功率譜來作為譜分析的依據(jù)。功率譜是隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)平均概念，平穩(wěn)隨機(jī)過程的功率譜是一個(gè)確定函數(shù)。 運(yùn)行 VI 在運(yùn)行 VI 之前，必須保證 VI 是可運(yùn)行的，導(dǎo)致 VI 斷開的常見情況有 ： 1）數(shù)據(jù)類型不匹配或存在沒有連接的連線端，導(dǎo)致程序框圖中有斷線。 3）斷點(diǎn)與單步執(zhí)行 為了查找程序 中的邏輯錯(cuò)誤，希望 框圖程序一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地執(zhí)行。從 Tools 工 具 模板選擇探針工具，再用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊探針的連接線。 圖 風(fēng)扇聲音采集監(jiān)控信號(hào) 由信號(hào)分析得出的幅度譜或功率密度曲線（由布爾原件控制波形顯示），如圖 所示