劉東陽 孫文康 童元正

摘 ?要：近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，虛擬儀器已經(jīng)被應(yīng)用到很多領(lǐng)域，它以計算機為基礎(chǔ)，通過對相關(guān)的硬件和軟件的構(gòu)建而成，是具有可視化界面的儀器。它是計算機技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其功能較傳統(tǒng)的虛擬儀器有很大的突破。虛擬聲學(xué)信號采集系統(tǒng)是指應(yīng)用LabVIEW開發(fā)平臺，設(shè)計了一種基于聲卡的虛擬信號采集分析系統(tǒng)。文章對虛擬聲學(xué)信號采集分析系統(tǒng)設(shè)計進行研究分析。

關(guān)鍵詞：虛擬;聲學(xué)信號;采集分析;系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TN912.3 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）02-0015-01

當前，隨著測量儀器不斷向虛擬化、計算機化的方向發(fā)展，基于聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)滲透到工程測量和高效實踐教學(xué)的領(lǐng)域，它能夠有效的測量出噪音及震動等物理信號。在聲學(xué)的研究中，由于聲學(xué)信號自身受干擾的復(fù)雜性和對實用性的需求，聲學(xué)儀器對結(jié)構(gòu)上的硬件構(gòu)造及工藝具有極高的要求。由于聲學(xué)儀器的體積往往占地空間比較大，而且它自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，互相連接，這就一定程度上為研究工作的開展設(shè)置了障礙。

1 ?對LabVIEW的介紹分析

LabVIEW是一種由美國國家儀器公司研制開發(fā)的程序開發(fā)環(huán)境，它與c和BASIC的開發(fā)環(huán)境類似，但是LabVIEW又與其他計算機語言存在著明顯的區(qū)別。它本身使用的是圖形化編輯語言，其編寫程序為G，并且產(chǎn)生的程序以狂吐的形式呈現(xiàn)出來。對LabVIEW的介紹還要從虛擬儀器的概念以及虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的對比中詳細介紹。

虛擬儀器是以計算機儀器為基礎(chǔ)將儀器裝入到計算機內(nèi)部，并且它以通用的計算機系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)儀器的功能。虛擬儀器與傳統(tǒng)的儀器相比，其主要是對軟件的操作，而傳統(tǒng)的儀器則主要是靠硬件;而且，虛擬儀器的開發(fā)與維護的費用較傳統(tǒng)儀器的費用較低，技術(shù)周期更新短，可重復(fù)性與可配置性強;另外，虛擬儀器的功能由用戶進行定義，而傳統(tǒng)儀器則由生產(chǎn)商進行定義。虛擬儀器的系統(tǒng)比較開放、并且靈活與計算機的進步同步，與其他設(shè)備比較容易連接。而傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)封閉并且固定，不易與其他設(shè)備進行連接。與傳統(tǒng)的儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價格比等方面都擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

1.1 ?虛擬儀器的智能化程度比較高，處理能力較強

虛擬儀器的智能化程度比較高及處理能力較強，其主要取決于儀器軟件的水平。這為用戶提供了方便，用戶完全可以根據(jù)實際的應(yīng)用需求進行使用。例如，用戶在使用的時候，完全可以將信號及處理算法、人工智能技術(shù)等應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成中，將智能儀器水平提高到另一個新的層次。

1.2 ?虛擬儀器的系統(tǒng)費用低，復(fù)用性較強

利用虛擬儀器的思想，用相同的基本硬件可以構(gòu)造出多種不同功能的測試分析儀器，它的系統(tǒng)費用比較低，而且復(fù)用性較強。

1.3 ?虛擬儀器的可操作性比較強

由于虛擬儀器的面板可以由用戶進行定義，用戶可以根據(jù)不同的需要應(yīng)用設(shè)計不同的操作顯示界面。利用計算機的多媒體處理能力，也可以使虛擬儀器的操作更加簡單、直觀、容易讓人理解。

2 ?虛擬聲學(xué)信號采集分析系統(tǒng)設(shè)計研究

通過以上對LabVIEW的了解，我們運用LabVIEW開發(fā)平臺來設(shè)計虛擬信號采集分析系統(tǒng)。

2.1 ?系統(tǒng)前面板的設(shè)計

虛擬儀器的前面板設(shè)計是否合理對虛擬儀器的使用效果有著重要的影響，它直接面向使用者，使用者對其分布的合理程度也有著很高的要求。系統(tǒng)前面板的設(shè)計情況如圖1所示。

2.2 ?系統(tǒng)的程序框圖設(shè)計

對各個的功能模塊進行分割編寫，采用模塊式的編寫方式逐個進行分割，然后將分割編寫的模塊整理集合以構(gòu)成一個新的系統(tǒng)控制程序。程序模塊主要包括三個模塊，第一種是實時信號采集模塊;第二種是信號處理分析模塊;第三種是仿真信號模塊。這三種模塊對系統(tǒng)都有著很重要的影響，它們以不同的角色為系統(tǒng)提供服務(wù)，滿足用戶的需求，產(chǎn)生令用戶滿意的信號。另外，對這三種模塊的編寫整合構(gòu)成新的程序框圖。

2.2.1 ?實時信號采集模塊

實時信號采集模式可以通過對信號的有效分析處理對所采集的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的分析，并且實時信號采集模式可以根據(jù)用戶所設(shè)置的聲音格式從聲卡中得到相關(guān)數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行保存。這種模塊在開始采集數(shù)據(jù)前要注意，參數(shù)的設(shè)置要根據(jù)實際的情況和參數(shù)設(shè)置好以后將信號選擇的按鈕調(diào)制實時信號檔上。開始設(shè)置各個快捷按鈕，如停止按鈕、退出按鈕、對信號的采集保存等按鈕。

2.2.2 ?信號處理分析模塊設(shè)置完成應(yīng)用

信號處理分析模塊一般是對數(shù)據(jù)進行時域分析以及頻域分析。其中時域分析可分為對參數(shù)的測量、對諧波失真分析、最后是自相關(guān)分析。在對信號進行分析處理的過程中，如果單單只對信號進行頻域分析，信號所具有的全部特征并不能完全的顯示出來，也就是時域分析有時候不能完全滿足對信號的分析，這就需要對信號進行頻域分析，以更加全面完整的分析出信號所具有的全部性質(zhì)。在LabVIEW中，如果要對信號進行頻域分析，就要以FFT為分析的基礎(chǔ)，才能進行具體分析。

2.2.3 ?仿真信號模塊的完成應(yīng)用

仿真信號模塊的作用我們不可忽視，生活中并不是所有的信號都能用實際的儀器產(chǎn)生，當無法獲得實際的信號時，可以用仿真信號作為任意頻率的信號，也可以用仿真信號作為標準的信號源，對其產(chǎn)生的信號做信號的檢測系統(tǒng)。這種仿真信號模塊包含波形顯示以及噪聲的添加等功能。仿真信號可以產(chǎn)生一些日常生活中我們常見的信號，如正弦波、方波以及三角波等。并且用戶可以很據(jù)自身的需要對信號的頻率、幅值、以及采樣頻率進行調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生用戶所需要的信號。

3 ?研究應(yīng)用

整流電路中應(yīng)用虛擬聲學(xué)采集分析系統(tǒng)研究采集系統(tǒng)的采集性能。在整流電路中應(yīng)用虛擬采集分析系統(tǒng)時，應(yīng)該注意采樣的頻率要保持20 Hz～20 kHz之間，如果想得到更加完整較好的波形，就可以將頻率控制在100 Hz～15 kHz之間。在整流點路中要進行對正弦先好進行整流的過程中，可應(yīng)用二極管半波整流電路對其進行整流。輸出信號以后接入虛擬信號采集分析系統(tǒng)，可以得到一些波形。事實證明，虛擬儀器的信號采集分析系統(tǒng)的采集性能可以達到人們所需要的理想信號。實踐證明，虛擬儀器信號采集分析系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在噪聲監(jiān)測、信號分析以及實驗教學(xué)當中。

4 ?結(jié) ?語

當前，虛擬儀器已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到對各種信號的采集分析，作用不容小視。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，優(yōu)點遠遠比傳統(tǒng)儀器多的多。例如，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的智能化程度遠比傳統(tǒng)儀器的高，處理能力比傳統(tǒng)儀器的處理能力強;虛擬儀器的系統(tǒng)費用要比傳統(tǒng)儀器的系統(tǒng)費用低，并且虛擬儀器的復(fù)用性較強;從可操作性能上看，虛擬儀器的可操作性比傳統(tǒng)儀器的可操作性強。文中還對虛擬聲學(xué)信號采集系統(tǒng)做了研究，主要研究了系統(tǒng)前面板的設(shè)計和程序框圖設(shè)計，程序框圖設(shè)計中，對三種模塊進行編寫，最后組合成一個完整的新的程序框圖。隨著科技的不斷發(fā)展進步，虛擬儀器在各個領(lǐng)域會有更大的影響。

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