【正文】 開(kāi)發(fā)方便、系統(tǒng)移植能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是對(duì)低于 20Hz 的信號(hào)采集效果不理想，采樣精度不夠高、通道數(shù)量比較少（當(dāng)然，可以通過(guò)配置多塊聲卡來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題） ；LabVIEW 的多線程技術(shù)允許進(jìn)行多線程通信，程序運(yùn)行開(kāi)銷小、運(yùn)行更流暢。當(dāng)然，也有一些便宜的國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)采集卡，但這些數(shù)據(jù)采集卡良莠不齊，讓用戶很難分辨其性能的好壞，且驅(qū)動(dòng)更新很困難、測(cè)量精度也不高、傳輸速率比較慢等。這與第一個(gè)方案的不同之處依然是數(shù)據(jù)采集卡。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。1） 第一個(gè)方案是用美國(guó)國(guó)家儀器（NI）有限公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)、用 LabVIEW 進(jìn)行軟件編程。因此，用聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡是可行的。此外，LabVIEW 提供的多線程技術(shù)可以使開(kāi)發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)流暢地運(yùn)行，并且模塊之間互不干擾，通過(guò)設(shè)計(jì)降噪模塊可以降低聲卡作為數(shù)據(jù)采集卡的輸入噪聲。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(tīng)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。一個(gè)好的聲卡，其噪聲電平可低于100dB， 總和諧波失真 THD 低于 %，對(duì)于工程測(cè)量、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等用途而言，其各項(xiàng)指標(biāo)均可以滿足要求。聲卡的時(shí)基精度通常為 %。從價(jià)格上講，即使是專業(yè)級(jí)聲卡，其價(jià)格也遠(yuǎn)低于同類的 A/D 或 D/A 卡（通常是有數(shù)倍到數(shù)十倍之差） 。測(cè)量的準(zhǔn)確度由聲卡的質(zhì)量決定。它在音頻范圍內(nèi)有很平滑的頻率響應(yīng)，采樣頻率可達(dá) 192KHz，采樣深度可達(dá) 24 位，存儲(chǔ)深度極大，可完全利用計(jì)算機(jī)自身的內(nèi)存。聲卡通常被用來(lái)作為音頻輸入、輸出設(shè)備，用于記錄、合成和回放語(yǔ)言、音樂(lè)和歌曲。隨著 DSP 技術(shù)的成熟，現(xiàn)在的 PC 聲卡本身就是一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。然而，其性能與價(jià)格基本成正比，少則幾百、多則上萬(wàn)元的價(jià)格使得系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本大大增加，系統(tǒng)性價(jià)比（性能/價(jià)格）大大減小。圖 信號(hào)正常采樣和欠采樣 聲卡的可行性分析數(shù)據(jù)采集卡的功能是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這稱之為采樣定理。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)（A/D）變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱之為采樣，信號(hào)采樣后其頻譜產(chǎn)生了周期延拓，每隔一個(gè)采樣頻率 fs，重復(fù)出現(xiàn)一次。在實(shí)際工作中，信號(hào)的抽樣是通過(guò) A/D 芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。2）數(shù)值斷續(xù)把采樣信號(hào) xs（nTs ）以某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍來(lái)度量，這個(gè)過(guò)程稱為量化。連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)歷兩個(gè)斷續(xù)過(guò)程：1）時(shí)間斷續(xù)對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào) x（t） ，按一定的時(shí)間間隔 Ts，抽取相應(yīng)的瞬時(shí)值（也就是通常所說(shuō)的離散化） ，這個(gè)過(guò)程稱為采樣。眾所周知，計(jì)算機(jī)內(nèi)部參與運(yùn)算的信號(hào)是二進(jìn)制的離散數(shù)字信號(hào)，而被采集的物理量一般是連續(xù)的模擬信號(hào)。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，可能在采集時(shí)帶來(lái)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(lái)太多影響，在后面可以通過(guò)軟件濾波消噪達(dá)到良好的效果。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)閉如混響之類的一些特效，避免影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性。一般聲卡的緩沖區(qū)是 8KB（8192） 。所以測(cè)試總諧波失真時(shí)，是發(fā)出 1000Hz 的聲音來(lái)檢測(cè)，這個(gè)值越小越好。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(lái)表示。e） 信噪比：以 dB（Decibel，分貝）計(jì)算的信號(hào)最大保真輸出與不可避免的電子噪音的比率。若用單聲道采樣，左右聲道信號(hào)都相同，且幅值為原信號(hào)的 1/2；用立體聲采樣，左右聲道互不干擾，可以采集兩路不同的信號(hào)，而且幅值與原信號(hào)相同。d） 聲道數(shù)：聲道數(shù)是衡量聲卡檔次的重要指標(biāo)之一，可以分為單聲道（早期聲卡采用） 、準(zhǔn)立體聲（錄音時(shí)采用單聲道，放音時(shí)用立體聲） 、立體聲（錄音和放音都是立體聲） 、四聲道環(huán)繞（中高檔聲卡采用）和 聲道（用于各類傳統(tǒng)影院和家庭影院中）等。在計(jì)算機(jī)中一般的聲卡是 16 位的，信噪比可達(dá) 96dB。位數(shù)越高，采樣精度就越高。b） 采樣位數(shù)：將聲音從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)，即進(jìn)行 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換的精度。如果一首 MIDI 樂(lè)曲中的復(fù)音數(shù)超過(guò)了聲卡的復(fù)音數(shù)，則將丟失某些聲部，但一般不會(huì)丟失主旋律。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。聲卡的基本工作流程為：輸入時(shí)，麥克風(fēng)或線路輸入（Line In）獲取的音頻信號(hào)通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行播放、錄音等各種處理；輸出時(shí)，計(jì)算機(jī)通過(guò)總線將數(shù)字化的聲音信號(hào)以 PCM（脈沖編碼調(diào)制）方式送到 D/A 轉(zhuǎn)換器，變成模擬的音頻信號(hào)，進(jìn)而通過(guò)功率放大器或線路輸出（Line Out）送到音箱等設(shè)備轉(zhuǎn)換為聲波，人耳偵測(cè)到環(huán)境空氣壓力的改變，大腦將其解釋為聲音。聲卡工作原理及性能指標(biāo) 聲音的本質(zhì)是一種波，表現(xiàn)為振幅、頻率、相位等物理量的連續(xù)性變化。當(dāng)然，它只適合采集音頻域的信號(hào)，即輸入信號(hào)頻率必須處于 20~20220Hz 的音頻范圍內(nèi)。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(lái)說(shuō)都是足夠高的，其價(jià)格卻比后者便宜得多。ISA 總線向 PCI 總線的過(guò)渡，解決了以往聲卡與系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的瓶頸問(wèn)題，同時(shí)也充分發(fā)揮了 DSP 芯片的性能。圖 聲卡的工作流程目前市售的數(shù)據(jù)采集卡都包含了完整的數(shù)據(jù)采集電路和與計(jì)算機(jī)的接口電路，但其價(jià)格與性能基本成正比，一般比較昂貴。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)。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。第二章 設(shè)計(jì)需求分析價(jià)格昂貴， PC 機(jī)自帶的聲 DMA（直接內(nèi)存讀?。┓绞絺魉蛿?shù)據(jù)，極大地降低了 CPU 占用率，而且其具有 16 位的 A/D 轉(zhuǎn)化精度，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(lái)說(shuō)都是足夠高的，其價(jià)格卻比后者便宜得多， LabVIEW 軟件自帶的聲音處理模塊配合其它常用功能模塊完成. 硬件實(shí)現(xiàn)聲卡一般有 Line In 和 Mic In 兩個(gè)信號(hào)輸入插孔，聲音傳感器（本文采用通用的麥克風(fēng)）信號(hào)可通過(guò)這兩個(gè)插孔連接到聲卡。虛擬儀器在我國(guó)的研究和開(kāi)發(fā)有著十分現(xiàn)實(shí)的意義，廣泛采用虛擬儀器技術(shù)有助于提高我國(guó)儀器的整體水平，節(jié)省儀器開(kāi)發(fā)的人力和費(fèi)用。 我國(guó)傳統(tǒng)儀器技術(shù)還比較落后，與國(guó)外相比，測(cè)量精度和可靠性均較低，且自動(dòng)化程度較低。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。 LabVIEW 簡(jiǎn)化了科學(xué)計(jì)算、過(guò)程監(jiān)控和測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)在航空、航天、通信、汽車、半導(dǎo)體、電子、機(jī)械等世界范圍領(lǐng)域的眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 程序使用圖標(biāo)連線端口來(lái)替代文本編程的函數(shù)參數(shù)表，每個(gè)輸入和輸出的參數(shù)都有自己的連接端口，其它的 VI 可以由此向 SubVI（即 VI 子程序）傳遞數(shù)據(jù)。實(shí)際上，VI 類似于傳統(tǒng)編程語(yǔ)言的函數(shù)或子程序。 LabVIEW 是一個(gè)通用編程系統(tǒng)，它不但能夠完成一般的數(shù)學(xué)運(yùn)算與邏輯運(yùn)算和輸入輸出功能，它還帶有專門的用于數(shù)據(jù)采集和儀器控制的庫(kù)函數(shù)和開(kāi)發(fā)工具以及專門的數(shù)學(xué)分析程序包，基本上可以滿足復(fù)雜的工程計(jì)算和分析要求。LabVIEW 的庫(kù)函數(shù)包括數(shù)據(jù)采集、通用接口總線和串口儀器控制、數(shù)據(jù)顯示、分析與存儲(chǔ)等。LabVIEW 用圖形語(yǔ)言（G 語(yǔ)言） 、圖標(biāo)和連線代替文本的形式編寫(xiě)程序。LabVIEW 是一種用圖標(biāo)代碼來(lái)代替編程語(yǔ)言創(chuàng)建應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)工具。在國(guó)外，以 NI 公司、HP 公司、Tektronix 公司、Racal 公司等為代表的著名儀器生產(chǎn)廠家都對(duì)虛擬儀器技術(shù)投入了大量的人力物力，研制出了不少優(yōu)秀的硬件模塊與軟件產(chǎn)品。 虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通訊及圖形化用戶界面的軟件組成的測(cè)控系統(tǒng)，也是一種由計(jì)算機(jī)操控的模塊化儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)點(diǎn)擊虛擬面板，就可以操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件平臺(tái)，就如同使用一臺(tái)專用電測(cè)量?jī)x器。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。虛擬儀器簡(jiǎn)介 由于微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度發(fā)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器上的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚摗⑿碌臏y(cè)試方法、新的測(cè)試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破了傳統(tǒng)儀器的概念，使電子測(cè)量?jī)x器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。，而不是事先由廠家定義好的。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)。 運(yùn)行環(huán)境 本設(shè)計(jì)以虛擬儀器作為運(yùn)行環(huán)境。 目前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀目前在風(fēng)扇故障檢測(cè)領(lǐng)域廣泛采用的方法有振動(dòng)診斷技術(shù)和聲頻診斷技術(shù)，但振動(dòng)診斷技術(shù)是接觸式測(cè)量，需克服測(cè)試線線體振動(dòng)的影響，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，速度慢；而音頻診斷技術(shù)為非接觸式測(cè)量，設(shè)備簡(jiǎn)單、速度快。在LabVIEW 環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了音頻信號(hào)的采集分析及數(shù)據(jù)處理。 為此本文提出利用虛擬儀器技術(shù) LabVIEW 作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電廠風(fēng)機(jī)出廠狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。在傳感器技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析等方面都成為了領(lǐng)先的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。因此風(fēng)扇廠家迫切需要改造現(xiàn)有的出廠檢測(cè)技術(shù)。而且檢測(cè)速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大。早期的檢測(cè)方法是讓檢測(cè)線經(jīng)過(guò)消音室，富有經(jīng)驗(yàn)的工人在室內(nèi)用人耳聽(tīng)辨別故障風(fēng)扇。 fault diagnosis。 virtual instrument。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，滿足了風(fēng)扇故障檢測(cè)的需求，具有成本低廉，檢測(cè)方便，性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，可以推廣到聲音識(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。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) ，16 位采樣深度，對(duì)風(fēng)扇聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。本文采用基于虛擬儀器的音頻故障診斷系統(tǒng)，構(gòu)建高精度，低成本，功能靈活的故障診斷系統(tǒng)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。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。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文）題 目：基于虛擬儀器的風(fēng)扇故障檢測(cè)系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。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(guò)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(guò)的材料。作 者 簽 名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日 　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。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。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤