【正文】 并且聲卡一般的工作頻率在10Hz 到 20kHz 之間，對(duì)低于 10Hz 的信號(hào)可能出現(xiàn)失真，并且?guī)缀跛械穆暱ǘ际墙涣髋己系?，因而它將過(guò)濾掉信號(hào)中所有的直流分量，在使用中需要注意。：風(fēng)扇正常運(yùn)行聲音基波頻率輸入系統(tǒng)；：檢測(cè)時(shí)只需將風(fēng)扇運(yùn)行聲音輸入，系統(tǒng)將對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)無(wú)故障基波頻率進(jìn)行響應(yīng)；，本文設(shè)置頻域范圍為（1，+1）Hz； 基本參數(shù)設(shè)定揚(yáng)聲器采樣頻率和深度如圖 所示。開(kāi) 始聲音信號(hào)的采集判斷頻率大小是否超出設(shè)定閾值未超出綠燈亮返回聲音信號(hào)處理超出則紅燈亮?xí)r域縮放處理諧波失真分析提取基波頻率傅里葉變換自功率譜分析圖 風(fēng)扇故障檢測(cè)信號(hào)處理平臺(tái)的系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)功能介紹整個(gè)系統(tǒng)包括聲音的采集，A/D 轉(zhuǎn)換，音頻數(shù)字信號(hào)的分析和處理，存儲(chǔ)、現(xiàn)場(chǎng)采集到的聲音采集過(guò)的聲音模板進(jìn)行精確的匹配等等。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。在 LabVIEW 中使用模塊化儀器建立的系統(tǒng)比傳統(tǒng)的儀器具有更高的靈活性、測(cè)量精度、數(shù)據(jù)吞吐量和同步特性。采用模塊化編程不但有上述優(yōu)點(diǎn)，而且便于模塊的集成、程序的擴(kuò)展和系統(tǒng)功能的完善。用戶(hù)可以采用模塊化儀器創(chuàng)建完全自定義的測(cè)量系統(tǒng)：通過(guò)選擇合適的硬件模塊并在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件環(huán)境中定制測(cè)量應(yīng)用程序，即可滿(mǎn)足各種獨(dú)特的應(yīng)用要求。我們可以很方便地把新的或調(diào)試過(guò)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。一旦找到有問(wèn)題的模塊，程序修改就相當(dāng)容易了。3） 便于調(diào)試和修改：模塊化程序一般比單塊程序易于調(diào)試和修改。因?yàn)榇a可以被重定位，所以模塊可以連接到滿(mǎn)足其輸入和輸出要求的任意程序中。2） 子程序可以重用：為一個(gè)程序編寫(xiě)的代碼經(jīng)?？梢杂糜谄渌某绦颉Ｈ缓笥蛇B接器把分立的模塊連接、定位，生成一個(gè)有唯一絕對(duì)地址的可執(zhí)行模塊。模塊化編程有如下優(yōu)點(diǎn)：1） 高效率的程序開(kāi)發(fā)：使用模塊化編程可以更快地開(kāi)發(fā)程序，因?yàn)檩^小的子程序比大程序更容易理解、設(shè)計(jì)和測(cè)試。模塊化編程方法類(lèi)似于包含大量電路的硬件設(shè)計(jì)。如果把代碼分為較小的功能單元，將大大簡(jiǎn)化編程過(guò)程。 模塊化編程思想所謂的模塊化，就是在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同產(chǎn)品進(jìn)行功能分析和分解的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出一系列通用模塊或標(biāo)準(zhǔn)模塊，然后，從這些模塊中選取相應(yīng)的模塊并補(bǔ)充新設(shè)計(jì)的專(zhuān)用模塊和零部件一起進(jìn)行相應(yīng)的組合，以構(gòu)成滿(mǎn)足各種不同需要的產(chǎn)品的一種標(biāo)準(zhǔn)化形式。至此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)確定，那就是用聲卡作數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，用LabVIEW 進(jìn)行軟件編程，開(kāi)發(fā)基于 LabVIEW 的風(fēng)扇故障檢測(cè)系統(tǒng)。 3） 第三個(gè)方案是本次系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所采用的方案，就是用聲卡作數(shù)據(jù)采集卡、用LabVIEW 進(jìn)行軟件編程。雖然說(shuō)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(hù)來(lái)說(shuō)，價(jià)錢(qián)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 DAQ2022（250k 四通道同步采樣，16 位分辨率）要 13000 多元人民幣。2） 第二個(gè)方案是用國(guó)產(chǎn)的普通數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)、用 LabVIEW 進(jìn)行軟件編程。這與第一個(gè)方案的不同之處在于數(shù)據(jù)采集卡，因此在這里重點(diǎn)比較數(shù)據(jù)采集卡的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。 信號(hào)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較信號(hào)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有很多，并且各有各的優(yōu)點(diǎn)與不足，下面探討系統(tǒng)的一些開(kāi)發(fā)方案，比較各個(gè)方案的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。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)。LabVIEW 具有 Express VIs 技術(shù)，可以方便地調(diào)用聲卡 VI 來(lái)控制聲卡數(shù)據(jù)的輸入與輸出。此外，聲卡不僅價(jià)格低廉（大多數(shù)是 PC 主板集成） 、性能穩(wěn)定，而且兼容性好、靈活通用，軟件特別是驅(qū)動(dòng)程序升級(jí)方便；ISA（Industry Standard Architecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)）總線(xiàn)向 PCI 總線(xiàn)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。例如，一個(gè)時(shí)基精度為 %的聲卡，在采樣頻率為 44100Hz 時(shí)，頻率誤差在 內(nèi)。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。通常是外置聲卡最好，其次是內(nèi)置獨(dú)立聲卡，最后是板載聲卡，專(zhuān)業(yè)級(jí)聲卡優(yōu)于消費(fèi)級(jí)聲卡。由于聲卡內(nèi)部都帶有增益控制（例如話(huà)筒音量控制、話(huà)筒提升控制、線(xiàn)路輸入音量控制） ，即使在不外加信號(hào)衰減電路的情況下，它也可以測(cè)量從 1 微伏到 1 伏左右的信號(hào)。然而，聲卡其實(shí)可以做得更多，從測(cè)控的角度來(lái)看，聲卡是一個(gè)具有雙通道 A/D 和雙通道 D/A 的信號(hào)采集和輸出設(shè)備。幾乎每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)內(nèi)置聲卡。此外，數(shù)據(jù)采集卡種類(lèi)繁多、良莠不齊，普通用戶(hù)在選擇的時(shí)候會(huì)無(wú)所適從。目前市場(chǎng)上出售的數(shù)據(jù)采集卡一般包含了完整的數(shù)據(jù)采集電路、與計(jì)算機(jī)的接口電路和驅(qū)動(dòng)程序，并且功能強(qiáng)大，性能良好。如圖 所示。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。圖 A/D 轉(zhuǎn)換原理通過(guò) A/D，將連續(xù)信號(hào) x（t）變成數(shù)字信號(hào) x（nTs） ，x（t）的傅立葉變換X（jΩ ）變成 X（ejw） 。采樣信號(hào) xs（nTs ）經(jīng)量化后變換為量化信號(hào) xq（nTs ） ，再經(jīng)過(guò)編碼，轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào) x（n） （即時(shí)間和幅值是離散的信號(hào)） ，簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。連續(xù)的模擬信號(hào) x（t）經(jīng)過(guò)采樣過(guò)程后轉(zhuǎn)為時(shí)間上離散的模擬信號(hào) xs（nTs） （即幅值仍是連續(xù)的模擬信號(hào)） ， 簡(jiǎn)稱(chēng)為采樣信號(hào)。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)。 信號(hào)分析理論聲卡數(shù)據(jù)采集理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中以計(jì)算機(jī)作為處理機(jī)。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，故本系統(tǒng)使用，噪聲干擾小且動(dòng)態(tài)特性良好的 Line In。用戶(hù)可以通過(guò)測(cè)試聲卡的性能指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)聲卡的好壞，聲卡性能指標(biāo)的測(cè)試主要有 3D（ThreeDimensional，三維圖形）定位精度測(cè)試、波形回放與錄音測(cè)試、多音頻流播放測(cè)試、全雙工通訊模式測(cè)試、MIDI 音效測(cè)試和 CPU 占用率測(cè)試等。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。一般來(lái)說(shuō)，1000H 頻率處的總諧波失真最小，因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標(biāo)。該值越大越好，低于 75dB，噪音在寂靜時(shí)有可能被發(fā)現(xiàn)。一般聲道數(shù)為 2，需要時(shí)還可選用多路輸入的高檔聲卡或配置多塊聲卡。LabVIEW 把聲卡的聲道分為單聲道（mono）和立體聲（stereo ）兩種。c） 波表合成方式和波表庫(kù)容量：現(xiàn)在的 PCI 聲卡大量采用先進(jìn)的DSL（ Downloadable Sample，可下載音色庫(kù)）波表合成方式，其波表庫(kù)容量通常是 2MB、4MB、8MB，而像 SB Live 品牌聲卡甚至可以擴(kuò)展到 32MB。例如，16 位聲卡把音頻信號(hào)的大小分為 216—65536 個(gè)量化等級(jí)來(lái)實(shí)施上述轉(zhuǎn)換。目前有 8 位、12 位和 16 位三種，將來(lái)還有 24 位的 DVD（ Digital VideoDisk，數(shù)字視頻光盤(pán)）音頻采樣標(biāo)準(zhǔn)。目前聲卡的硬件復(fù)音數(shù)都不超過(guò) 64 位。復(fù)音數(shù)越大，音色就越好，播放 MIDI（Musical Instrument Digital Interface，音樂(lè)設(shè)備數(shù)字接口）時(shí)可以聽(tīng)到的聲部越多、越細(xì)膩。 衡量聲卡性能的主要技術(shù)指標(biāo)有復(fù)音數(shù)量、采樣位數(shù)、采樣頻率、波表合成方式和波表庫(kù)容量、聲道數(shù)、信噪比、總諧波失真和緩沖區(qū)等。聲卡作為聲音信號(hào)與計(jì)算機(jī)的通用接口，其主要功能就是將所獲取的模擬音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò) DSP 音效芯片的處理，將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。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。 如果利用聲卡作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可以組成一個(gè)低成本高性能的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。而且聲卡用 DMA（直接內(nèi)存讀取）方式傳送數(shù)據(jù)，極大地降低了 CPU 占用率。隨著 DSP（數(shù)字信號(hào)處理）技術(shù)走向成熟，PC 聲卡本身就成為一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它同時(shí)具有 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換功能，不僅價(jià)格低廉，而且兼容性好、性能穩(wěn)定、靈活通用，軟件特別是驅(qū)動(dòng)程序升級(jí)方便。聲卡的工作流程如圖 所示。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。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，故推薦使用 Line In，其噪聲干擾小且動(dòng)態(tài)特性良好。隨著軟件業(yè)和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)必將在更多、更廣泛的領(lǐng)域中得到應(yīng)用和普及。當(dāng)前，各種測(cè)試軟件、專(zhuān)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)。在國(guó)內(nèi)，許多高等院校、研究所等也都開(kāi)展了虛擬儀器技術(shù)的研究，如清華大學(xué)應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的用于檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的出廠(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的“儀器王” 虛擬儀器系統(tǒng)等。由于虛擬儀器的巨大優(yōu)越性，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在使用虛擬儀器進(jìn)行測(cè)試方面作了一系列有益工作，目前己開(kāi)發(fā)了一些成功的虛擬測(cè)試系統(tǒng)。LabVIEW 的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以把創(chuàng)建的 VI 程序當(dāng)作 SubVI來(lái)調(diào)用以創(chuàng)建更加復(fù)雜的 V 工，并且這種調(diào)用的遞階次數(shù)是無(wú)限制的?？驁D程序用圖形化編程語(yǔ)言編寫(xiě)，框圖程序是對(duì)具體編程問(wèn)題的圖形解決方案，即 VI 的源代碼。VI 由前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連線(xiàn)端口組成，類(lèi)似于儀器的面板包括旋鈕、按鈕、圖形和其它控制元件與顯示元件，以完成用鼠標(biāo)、鍵盤(pán)向程序輸入數(shù)據(jù)或從計(jì)算機(jī)顯示器上觀察結(jié)果。在 LabVIEW 環(huán)境下開(kāi)發(fā)的程序成為虛擬儀器 VI，因?yàn)樗耐庑团c操作方式可以模擬實(shí)際的儀器。為了便于程序調(diào)試，LabVIEW 還帶有傳統(tǒng)的程序開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，例如可以設(shè)置斷點(diǎn)，可以單步執(zhí)行，也可以激活程序的,執(zhí)行過(guò)程，以動(dòng)畫(huà)方式查看數(shù)據(jù)在程序中的流動(dòng)。像 VB、VC 等高級(jí)語(yǔ)言一樣，LabVIEW 也是一種帶有擴(kuò)展庫(kù)函數(shù)程序開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。在基于文本的編程語(yǔ)言中，程序的執(zhí)行依賴(lài)于文本所描述的指令，而 LabVIEW 使用數(shù)據(jù)流編程方法來(lái)描述程序的執(zhí)行。 比較典型的如 NI 公司的 LabVIEW，它是一種采用圖形化編程的 32 位面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)公司。虛擬儀器技術(shù)作為一門(mén)新興的技術(shù)具有強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿?，在航天航空、?guó)防軍工、工業(yè)監(jiān)測(cè)等一系列自動(dòng)化測(cè)試領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，也是目前儀器領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。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(xiàn)更融為一體了。所謂虛擬儀器（VirtualInsrtmu ） ，簡(jiǎn)稱(chēng) vi）就是在通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶(hù)設(shè)計(jì)定義、具有虛擬面板、測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。在這種背景下，20 世紀(jì) 80 年代末美國(guó)率先研制成功虛擬儀器（Virtuallnstrument） 。、靈活，可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，可與網(wǎng)絡(luò)及其周邊設(shè)備互聯(lián)。，而不需購(gòu)買(mǎi)新的儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下幾個(gè)性能特點(diǎn)：，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來(lái)完成儀器的功能。虛擬儀器利用 PC 計(jì)算機(jī)顯示器 C（RT）的顯示功能，模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，并且輸出檢測(cè)結(jié)果。因此，我們研制基于美國(guó) NI 公司軟件平臺(tái) Lab view 的風(fēng)扇故障聲測(cè)系統(tǒng)。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。 研究?jī)?nèi)容利用聲卡 DSP 技術(shù)和 LabVIEW 多線(xiàn)程技術(shù)，提出了一種基于聲卡的采集聲音信號(hào)與分析的廉價(jià)方案，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、界面友好、性能穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以極大地縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，利用虛擬儀器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理功能的支撐，可以使系統(tǒng)功能更加完善，并且具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性。 但存在的一個(gè)問(wèn)題是由于檢測(cè)方法大部分是從底層進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因而系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)成本較高。嚴(yán)重影響了風(fēng)扇出廠(chǎng)試驗(yàn)的速度與準(zhǔn)確率。這種方式對(duì)操作人員要求高，缺乏客觀性，不能保證質(zhì)量的穩(wěn)定性。 sound card data acquisition目 錄摘要 .............................................................................................................................................IABSTRACT...............................................................................................................................II第一章 引言 ...........................................................