基于LabVIEW和聲卡的電機噪聲檢測系統研究

任健 周強

摘 要：電機噪聲檢測技術是一項針對電機產生的振動噪聲進行分別和定位的現代化技術。通過對噪聲信息進行采集，能夠在一定程度上了解噪聲特性。本文在進行電機噪聲檢測系統的研究時，提出了以LabVIEW和聲卡系統作為主要采集工具的在線檢測系統的設想，并通過信號調理電路和控制電路共同組成了針對電機的噪聲檢測系統，使其能夠切實地應用于電機噪聲環境之中。

關鍵詞：LabVIEW；信號采集；電路設計；噪聲檢測

中圖分類號：TM306 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）03-0024-02

Research of Motor Noise Detection System Based on LabVIEW and Sound Card

REN Jian1，ZHOU Qiang2

（1.Shaanxi University of Science and Technology，Xi'an 710021，China；

2.Shangluo Vocational and Technical College，Shangluo 726000，China）

Abstract：The technology of motor noise detection is a modern technology for locating and locating the vibration and noise of motors. By collecting noise information，we can understand noise characteristics to a certain extent. In the study of motor noise detection system，the idea of on-line detection system based on LabVIEW and sound card system as the main acquisition tool is proposed in this paper. The noise detection system for motor is composed of signal conditioning circuit and control circuit，so that it can be applied in the noise environment of motor.

Keywords：LabVIEW；signal acquisition；circuit design；noise

0 引 言

LabVIEW是當前技術領域中較為先進的信號檢測虛擬儀器。作為唯一的圖形化編程語言，LabVIEW通過計算機的硬件支持，能夠在功能方面取代傳統儀器，并將信號采集、信號分析與信號輸出融合成一個整體，再通過計算機資源系統形成數據采集和數據分析處理等工作。因此，在進行噪聲檢測系統研究時選取了LabVIEW儀器進行研究。

1 信號采集模塊設計

針對電機噪聲，本文在進行噪聲采集系統設計時，將電機信號分為了振動信號和噪聲信號兩個部分，分別進行了采集系統的設計。

1.1 振動信號采集模塊

在電機中，振動信號的形成需要依靠振動傳感器來完成獲取。目前市面上常見的振動傳感器主要有加速度計、速度拾取器、電阻式應變壓電傳感器以及電渦流探頭等幾種類型。這幾種傳感器在使用中各有優劣勢。結合電機的振動特性，本文選取了壓電傳感器作為電機振動信號的采集單元。與其他幾種傳感器相比，壓電傳感器在結構、工作可靠性以及固有頻率和高頻響應等方面擁有突出優勢，能夠針對電機所產生的沖擊振動進行快速識別和獲取，最終收集到相對真實的數據信息。

1.2 噪聲信號采集模塊

與振動信號采集模塊不同，噪聲信號的采集需要獲取的是電機對象的噪聲情況。其傳感器選擇應當以聲卡為基礎，進行聲音信號收集，因此需要選擇特定的傳聲器。目前常見的傳聲器有電容式傳聲器、陶瓷傳聲器以及動態傳聲器等幾大類型，其中電容式傳聲器和動態傳聲器較為普及，兩種傳聲器均以動圈電動來完成傳聲。本文結合電機運行過程中的噪聲頻率，采用了具有優勢的駐極體電容式傳聲器組成信號采集模塊。在對比動態傳聲器，駐極體傳聲器的頻響范圍與人耳聽覺的頻響范圍保持一致，能夠真實模擬現實環境中人耳聽取電機噪音的特點。此外，駐極體傳聲器能夠通過薄膜的振動實現電容的改變，與人耳的工作情況十分類似，能夠更好地還原電機噪聲。

2 信號調理電路設計

2.1 數模轉換器的選用

完成了信號采集模塊的設計，在調理電路設計中，首先要進行數模轉換器的選擇，選取符合電機噪聲檢測環境的數模轉換器能夠實現電路內部A/D快速轉換，保證檢測效率。本文根據設計要求選用了VC型的增強器，由于其內部并沒有集成A/D轉換空能，因此在使用時還需要進行A/D轉換芯片的安裝[1]。為了保證二者能夠協同完成工作，本文根據A/D轉換芯片當中的串行和并行，將其設計為與VC相適應的多通道緩沖串口，從而使設計得到了簡化。為了提升串口效率，本文在芯片選擇方面選用了某公司生產的十位串行A/D芯片，采用5V供電的方式，在提升效率的同時，還能夠有效地控制使用功率。

2.2 串行通訊

在LabVIEW的設計中，A/D轉換在數模轉換過程中需要依靠串行通訊才能夠完成信息的導入和信號輸出。本文選取了PC終端常見的RS232串行口作為采集系統的通訊方式，通過DB9連接器對九針串口進行連接器引腳，實現與標準配置的PC終端進行連接。在具體的使用過程中，信號采集和信號獲取通過RS232標準進行通信，其中信號地、接收數據、發送數據三種信號能夠滿足幾乎所有振動信號和噪聲信號的采集和傳遞。

2.3 信號增益

在實際的信號傳遞過程中，由于轉換過程和信號傳播過程的影響，所形成的電信號相對微弱。因此為了保證信號準確無誤地完成輸入和輸出，需要對信號進行放大和增益。在以往的儀器設置當中，通常會將DAQ卡與信號接入端口相連接，并在連接之前完成信號放大處理。在處理過程中，可通過差動放大電路實現信號增益。然而在實際使用過程中，差動放大電路具有較大的誤差，精密度不高，且使用過程中還需對電阻進行調整。因此本文在進行LabVIEW儀器的設計過程中，選用了儀表放大芯片AD620對信號傳輸進行增益。與其他的放大芯片不同，AD620的增益范圍較為廣泛，它主要由三個放大器共同組成，能夠在1K-10KΩ的范圍內進行工作，并可以通過調整電阻值進行增益值的放大。

3 控制電路設計

3.1 電平輸出方式

在控制電路的設計中，為了保證電平輸出始終處于穩定的狀態，本文采用了PCI數采卡作為電平輸出的控制方式，通過PC終端來完成電路控制。當PC終端向控制電路輸出低電平時，PCI數采卡變會形成提示，使三極管截至運行，此時繼電器開關受到HT輪椅狀態控制，通過耐用性試驗機保持工作狀態，一旦輪椅運轉出現了諸如輪椅反倒和輪椅損毀等異常狀態時，數采卡會通過高電平的輸出，使三極管恢復導通狀態，此時繼電器的開關會由停止狀態轉變成為開啟狀態，進而對實驗平臺進行保護[2]。

3.2 軟件程序設計

在PC終端，還需要進行軟件程序的設計，用以對電路和采集系統進行控制。本文在進行設計時，將軟件程序分為了幾個主要的步驟：（1）步驟為初始化系統。管理人員通過對PC終端的操控，能夠將硬件電路和軟件系統進行初始化，完成電源接通，啟動采集模塊。整個初始化過程遵循從硬件啟動到軟件啟動這一流程來完成。其中采集模塊率先啟動，隨后帶動外置的AD設備完成初始化；（2）步驟為信息采集。管理人員通過對PC終端軟件操控，形成采集指令，由采集模塊對電機噪聲和電機的振動狀態進行采集，再借助A/D轉換器將采集信號導入到相應的地址中；（3）步驟為參數計算。在系統中，系統通過事先設置的計算方法，對已經獲取的采集數據進行計算和分析，并得出相應的真實環境數據；（4）步驟為LED展示。在PC終端，系統將已經完成的參數計算通過LED顯示設備展示到工作人員面前，為工作人員提供判斷依據。

4 結 論

綜上所述，針對電機運行的過程產生的噪聲，本文所采取的LabVIEW采集系統設計具有開放性和模塊化的特點。在系統操作方面，能夠實現一鍵式操作，完成對采集模塊的控制和指令，具有較強的現實意義，可以廣泛應用于電機生產運行環境中。

參考文獻：

[1] 李紅剛，張素萍.基于單片機和LabVIEW的多路數據采集系統設計 [J].國外電子測量技術，2014，33（4）：62-67.

[2] 張黎，蔡亮.基于LabVIEW的虛擬信號發生器的設計與實現 [J].國外電子測量技術，2014，33（1）：82-85.

作者簡介：任健（1984.06-），男，陜西人，講師，本科。研究方向：電氣工程、控制工程。