【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 次它還可以定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序。 (2) I/O 接口儀器驅(qū)動(dòng)程序： 完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。虛擬儀器可以在相同的硬件平臺(tái)下，通過(guò)不同測(cè)試功能軟件模塊的組合，實(shí)現(xiàn)功能完全不同的各種儀器，即虛擬儀器測(cè)量功能是由軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。軟件是虛擬儀器的核心，體現(xiàn)了測(cè)試技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次的結(jié)合。 開(kāi)發(fā)虛擬儀器必須選用合適的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，目前的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)有如下兩類(lèi)： (1) 基于文本式編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具：如 VC++， VB， Lab Windows/CVI 及 Delphi等。 (2) 基于圖形化編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具：如 LabVIEW（ NI公司）， HPVEE（ HP 公司）。 本文虛擬儀器的設(shè)計(jì)所涉及的是提供了最大限度的方便條件與良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境并且基于圖形化的軟件編程平臺(tái) LabVIEW。 軟件的選擇 LabVIEW[7]（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是美國(guó) NI公司（ National Instrument Company）推出的一種基于 G語(yǔ)言（ Graphics Language，圖形化編程語(yǔ)言）的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。 G 語(yǔ)言作為 LabVIEW 的核心與 C 語(yǔ)言、 BASIC 語(yǔ)言一樣，是一種帶有各種函數(shù)庫(kù)的編程語(yǔ)言，它提供了專門(mén)用于數(shù)據(jù)采集和儀器控制的函數(shù)庫(kù)與開(kāi)發(fā)工具。LabVIEW 自帶的函數(shù)庫(kù)可以用于數(shù)據(jù)采集、 GPIB 和串行儀器的控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 LabVIEW 還提供了一些常用的程序調(diào)試工具，可在程序中設(shè)置斷點(diǎn)、單步執(zhí)行程序、查看數(shù)據(jù)流的運(yùn)行方式等，大大簡(jiǎn)化了程序的開(kāi)發(fā)與東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 調(diào)試工作。應(yīng)用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)的程序的外觀和操作方式都 與實(shí)際儀器類(lèi)似，所以使用 G 語(yǔ)言編制的程序稱為虛擬儀器程序（ Virtual Instruments，簡(jiǎn)稱 VI）。 G 語(yǔ)言與其他基于文本的編程語(yǔ)言的重要區(qū)別就是 G 語(yǔ)言是圖形化的編程語(yǔ)言。 LABVIEW 軟件的特點(diǎn) LabVIEW 軟件工具的特點(diǎn)可歸納如下： (1) LabVIEW 是基于圖形化的軟件編程平臺(tái)，是應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域的專用軟件開(kāi)發(fā)工具。 (2) 采用圖形化（數(shù)據(jù)流圖式的語(yǔ)言）的編程語(yǔ)言，交互式編程環(huán)境，不僅人機(jī)界面使用 “ 所見(jiàn)即所得 ” 得可視化技術(shù)建立，而且程序代碼也是圖形化的代碼，使編程過(guò)程更加 接近人的思維，設(shè)計(jì)者無(wú)需寫(xiě)任何文本格式的代碼，是真正的工程師的語(yǔ)言。 (3) 采用數(shù)據(jù)流編程模式，是能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序的多任務(wù)系統(tǒng)。 (4) 提供了豐富的用于數(shù)據(jù)采集、分析、表達(dá)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的函數(shù)庫(kù)。 (5) 提供傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行，同時(shí)提供有獨(dú)具特色的高亮執(zhí)行和探針工具，使程序動(dòng)畫(huà)式運(yùn)行，利于設(shè)計(jì)者觀察程序運(yùn)行的細(xì)節(jié)，使程序的調(diào)試和開(kāi)發(fā)更為便捷。 (6) 32bit 的編譯器編譯運(yùn)行 32bit 的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測(cè)量和測(cè)試方案的高速執(zhí)行。 (7) 內(nèi)置了 PCI、 DAQ、 GPIB、 PXI、 VXI、 RS232 和 RS485 的在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集卡和 GPIB、串口設(shè)備、 VXI 儀器、 PLC、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線以及用戶特殊的硬件板卡。免費(fèi)提供世界各大廠商 1000多種儀器的驅(qū)動(dòng)程序，方便用戶迅速組建自己的應(yīng)用系統(tǒng)，使得不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)者也能夠驅(qū)動(dòng)不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口的設(shè)備與儀器。 (8) 具有強(qiáng)大的外部接口能力，可以實(shí)現(xiàn) LabVIEW 與外部的應(yīng)用軟件（如Word、 Excel 等）、 C 語(yǔ)言、 Window SAPI、 MATLAB 等編程語(yǔ)言之間的通信?？捎玫耐獠拷涌谥T如 DDLs（動(dòng)態(tài)連接庫(kù)）、 CIN 代碼調(diào)用、 DDE（共享庫(kù)）、 MATLAB、ActiveX 等。 (9) 強(qiáng)大的 Inter 功能，內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP， DDE， ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器的開(kāi)發(fā)。 (10) LabVIEW 支持多種操作系統(tǒng)平臺(tái)，在任何一個(gè)平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的 LabVIEW 應(yīng)東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 用程序可直接移植到其他平臺(tái)上。 LabVIEW 增強(qiáng)了用戶構(gòu)建自己系統(tǒng)的能力，為用戶提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用 LabVIEW 進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)可以大大縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率高達(dá) 4－ 10 倍。 LabVIEW 的基本功能 任何一臺(tái)儀器或系統(tǒng)可概括為由三大功能模塊組成：信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的處理、結(jié)果的輸出與表達(dá)。虛擬儀器也不例外。它也是按照 “ 信號(hào)的調(diào)理與采集（ ADC），數(shù)據(jù)的分析與處理（ DSP），結(jié)果的輸出（ DAC）及顯示 ” 的結(jié)構(gòu)模式來(lái)建立通用儀器硬件平臺(tái)的，在這個(gè)通用儀器硬件平臺(tái)上，調(diào)用不同的測(cè)量軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器。因此，虛擬儀器系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件三大要素構(gòu)成的，計(jì)算機(jī)與儀器硬件又稱為 VI（虛擬儀器）的通用 儀器硬件平臺(tái)。 (1) 信號(hào)調(diào)理與采集功能 對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和采集是虛擬儀器的基本功能。此項(xiàng)功能主要是由虛擬儀器的硬件平臺(tái)完成的。儀器硬件可以是插入式數(shù)據(jù)采集卡及必要的外圍電路（含信號(hào)調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換器、數(shù)字 I/O、定時(shí)器、 D/A 轉(zhuǎn)換器等），或者是帶標(biāo)準(zhǔn)總線接口的儀器，如 GPIB、 VXI、 PXI、 STD、 PCI 總線儀器和網(wǎng)絡(luò)化儀器等。 (2) 數(shù)據(jù)分析和處理功能 虛擬儀器充分利用了計(jì)算機(jī)的高速存儲(chǔ)、運(yùn)算功能，并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的分析處理，如數(shù)字濾波、統(tǒng)計(jì)處理、數(shù)值計(jì)算、信號(hào)分析、數(shù)據(jù)壓縮、模式識(shí) 別等數(shù)字信號(hào)處理。 (3) 參數(shù)設(shè)置和結(jié)果表達(dá)功能 虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)的人機(jī)對(duì)話功能，完成儀器的各種工作參數(shù)的設(shè)置，如功能、頻段、量程等參數(shù)的設(shè)置，對(duì)測(cè)量結(jié)果的表達(dá)與輸出有多種方式，如屏幕顯示，電、磁、光存儲(chǔ)，繪圖打印，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取? 聲卡的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，其工作流程圖如圖 1 所示。我們知道，麥克風(fēng)和喇叭所用的都是模擬信號(hào)，而電腦所能處理的都是數(shù)字信號(hào)，聲卡的作用就是實(shí)現(xiàn)兩者的轉(zhuǎn)換。從結(jié)構(gòu)上分，聲卡可分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路兩部分 ,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將麥克風(fēng)等聲音輸入設(shè)備采到的模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電腦 能處理的數(shù)字信號(hào)；而數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將電腦使用的數(shù)字聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為喇叭等設(shè)東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 備能使用的模擬信號(hào) 。聲卡一般有 Line In 和 Mic In 兩個(gè)信號(hào)輸入插孔，若由Mic In 輸入，由于有前置放大器，容易引入噪聲且會(huì)導(dǎo)致信號(hào)過(guò)負(fù)荷，本文使用 Line In，其噪聲干擾小且動(dòng)態(tài)特性良好。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。若輸入信號(hào)電平高于聲卡所規(guī)定的最大輸入電平，則應(yīng)在聲卡輸入插孔和被測(cè)信號(hào)之間配置一個(gè)衰減器，將被測(cè)信號(hào)衰減至不大于聲卡最大允許輸入電平。 此外，將聲卡的 Line Out 端口接到耳機(jī)上還可以實(shí)時(shí)的監(jiān)聽(tīng)聲音信號(hào)LabVIEW 對(duì)聲音采集的設(shè)置默認(rèn)于其所處的操作系統(tǒng)，本文使用的是最普通的聲卡，對(duì)于高級(jí)的聲卡采集信號(hào)時(shí)，要注意關(guān)閉如混響之類(lèi)的一些特效，避免影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性。 該部分根據(jù)用戶設(shè)置的聲音格式從聲卡獲得數(shù)據(jù)。提供各種聲音信號(hào)格式的存儲(chǔ)以及轉(zhuǎn)到信號(hào)分析模塊的功能分為四步： （ 1）打開(kāi)文件：用 Sound File 打開(kāi)所要寫(xiě)入的聲音文件。根據(jù)所寫(xiě)后綴名的不同可以用不同的文件格式保存，如書(shū)寫(xiě)的后綴為 .mp3 以 mp3 的格式存儲(chǔ)， .wav則存儲(chǔ)為 wav格式。 初始化 /配置聲卡：用 LabVIEW 自帶的 SoundInputConfig－ 來(lái)配置聲卡采樣所需的各個(gè)參數(shù)，如：設(shè)備 ID、采樣數(shù)、采樣模式等。本文設(shè)置采樣頻率為 ，采樣位數(shù)為 16 位，采樣方式為雙聲道 . （ 2）讀取數(shù)據(jù)：用 Sound Input 連續(xù)的讀取聲卡緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。把讀取的數(shù)據(jù)送入 graph 控件來(lái)顯示，用 Sound File 數(shù)據(jù)寫(xiě)入第一步已經(jīng)打開(kāi)的聲音文件。 (3) 停止采集以及關(guān)閉文件：先用 Sound Input 停止采集數(shù)據(jù)，然后用 Sound Input 清除聲卡緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，最后用 Sound File 關(guān)閉打開(kāi)的聲音文件。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 聲級(jí)計(jì)原理 由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號(hào)加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)（或外接濾波器），然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號(hào)放大到一定的幅值，送到有效值檢波器（或外按電平記錄儀），在指示表頭上給出噪聲聲級(jí)的數(shù)值。為了模擬人耳聽(tīng)覺(jué)在不同頻率 （ 20Hz20KHz）有不同的靈敏性，在聲級(jí)計(jì)內(nèi)設(shè)有一種能夠模擬人耳的聽(tīng)覺(jué)特性，把電信號(hào)修正為與聽(tīng)感近似值的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)叫作計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得的聲壓級(jí)，已不再是客觀物理量的聲壓級(jí)（叫線性聲壓級(jí)），而是經(jīng)過(guò)聽(tīng)感修正的聲壓級(jí)，叫作計(jì)權(quán)聲級(jí)或噪聲級(jí)。 由于人耳對(duì)各頻段噪聲的感知能力是不一樣的，對(duì) 3kHz左右的中頻最靈敏，對(duì)低頻和高頻則差一些，因此不計(jì)權(quán)信噪比未必與人耳對(duì)噪聲大小的主觀感覺(jué)能很好的吻合。如何將測(cè)量值與主觀聽(tīng)感統(tǒng)一起來(lái)呢？于是就有了均衡網(wǎng)絡(luò)，或者叫加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)低頻和高頻都加以適度的衰減，這 樣中頻便更突出。把這種加權(quán)網(wǎng)絡(luò)接在被測(cè)器材和測(cè)量?jī)x器之間，于是器材中頻噪聲的影響就會(huì)被該網(wǎng)絡(luò) “ 放大 ” ，換言之，對(duì)聽(tīng)感影響最大的中頻噪聲被賦予了更高的權(quán)重，此時(shí)測(cè)得的信噪比就叫計(jì)權(quán)信噪比，它可以更真實(shí)地反映人的主觀聽(tīng)感。 根據(jù)所使用的計(jì)權(quán)網(wǎng)不同，分別稱為 A 聲級(jí)、 B聲級(jí)和 C 聲級(jí)，單位記作 dB（ A）、 dB（ B） 和 dB（ C）。 A 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬人耳對(duì) 55dB以下低強(qiáng)度噪聲的頻率特性， B計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬 55dB到 85dB的中等強(qiáng)度噪聲的頻率特性， C 計(jì)權(quán)聲級(jí)是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性。聲級(jí)計(jì)使用主要包括兩方面 （ 1）聲級(jí)計(jì)的 校準(zhǔn)：聲級(jí)計(jì)使用前后要進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精確。一般聲級(jí)計(jì)能產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)用于校準(zhǔn)內(nèi)部的電子線路，只進(jìn)行電校準(zhǔn)有時(shí)無(wú)法達(dá)到測(cè)量精度要求。通常使用活塞發(fā)聲器、聲級(jí)校準(zhǔn)器或其他聲級(jí)校準(zhǔn)儀器進(jìn)行聲學(xué)校準(zhǔn)。 （ 2）聲級(jí)計(jì)的讀數(shù)：聲級(jí)計(jì)的噪聲測(cè)量值為輸入衰減器、輸出衰減器和電表讀數(shù)之和。聲級(jí)計(jì)讀數(shù)直接給出聲壓級(jí)，測(cè)量范圍約為 20～ 130dB。聲級(jí)計(jì)的指示電表有 “ 快東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 檔 ” 和 “ 慢檔 ” 兩種響應(yīng)速度。一般測(cè)量時(shí)使用 “ 快檔 ” ， “ 慢檔 ” 指示是在表針起伏大于 dB，而小于 dB時(shí)用來(lái)讀出平均值。對(duì)于穩(wěn)態(tài)噪聲，兩種速度響應(yīng)讀數(shù)一樣 。對(duì)于脈沖噪聲，應(yīng)使用脈沖聲級(jí)計(jì)，取電表指針最大偏轉(zhuǎn)位置讀數(shù)，或使用其峰值保持功能。對(duì)于間歇噪聲