摘要：针对无法屏蔽周围环境噪声的大电机噪声控制，利用计算机声卡设计一个电机噪声测试系统。该系统结合声卡成熟的A/D转换技术，通过LabVIEW 平台进行软件编程，实现对受背景噪声干扰较大的电机噪声信号的采集、实时分析、信号存取、信号测试及数据显示等功能。通过电机噪声的频谱分析，可以定量地分析导致异常噪声的故障，为故障的排除起指导性作用。

　　关键词：LabVIEW，声卡，噪声测试

　　ABSTRACT: Design a noise text system for motor by using sound card,aiming at controlling noise for the large-scale motor which can not shield the noise of environment. Programmed by LABVIEW, combined the sophisticated A/D conversion technology of sound card, this system could realized several functions such as signal acquisition,data access,signal analysis, data display and signal text.By mean of the frequency spectrum analysis for motor noise,we could make the quantitative analysis for the faults which cause the abnormal noise,and guide the faults removement.

　　Key words： LabVIEW ;sound card; noise test

　　0 引言

　　随着工业技术的迅速发展，噪声污染的问题也随之不断地加剧。若能对电机噪声进行准确的测试，并根据噪声与振动的相关性来识别声源的特性，进而分析出导致噪声的各种机器故障，指导人们有效地排除故障和进行电机噪声的控制。然而，在实际生产中，如果对大功率电机进行直接的噪声测试，难以屏蔽周围环境噪声所带来的较大干扰，使得我们从收集到的噪声信号中无法准确地分析出导致异常噪声的故障。本文就此提出一种基于声卡的电机噪声测试系统的设计，通过LabVIEW编写软件界面和分析方法，利用LabVIEW中FFT分析、循环结构等模块功能，实现对电机噪声的频谱分析和信号处理，正确地引导当电机噪声异常时的故障排除。

　　1 测试系统的硬件结构设计

　　电机噪声主要有电磁噪声、机械噪声、空气噪声三部分，是无规则的声波信号，其频率、幅度、相位3个参数都是随机的，且能量分布也高低各异。本文主要通过频谱分析，定量地测试电机噪声污染情况。

　　测试系统的硬件部分，采用普通的PC声卡从其的Line In插口引入的噪声信号并进行A/D转换。如果传感器输出的电信号较大，可以在声卡输入插孔处配置一个衰减器来确保输入到声卡的电平信号在最大允许的输入电平以内。经计算机程序定量分析和处理后，经声卡D/A变换，在信号输出端加入电压还原电路(如放大器等)将测试信号还原。

　　测试系统的硬件组成结构用图1来表示。

　　图1 硬件结构设计

　　用传感器测量总噪声信号(包含电机噪声和环境噪声)，被测信号经传感器变成电平信号，再经过衰减电路和声卡进行A/D转换送入到PC机中，通过软件编程实现对波形信号的采集、频谱分析、信号提取等功能。然后将定量分析后的信号送回声卡D/A转换和放大电路还原，最后在示波器上进行观察和后续处理。

　　2 软件的具体实现

　　本文将利用LabVIEW强大的图形化编程功能，实现从声卡的数据采集到最后波形输出显示的整个测试过程的虚拟仿真。包括构建用户界面、噪声信号的采集、信号分析和处理、波形显示等功能。

　　下面根据被测信号的数据流程，来具体阐述电机噪声测试系统各部分功能的实现。

　　2.1 噪声信号的采集

　　噪声测试的首要工作便是数据采集，利用LabVIEW软件中声音模块的“声音输入读取”vi和while循环结构等设计基于声卡的数据采集系统。

　　前面板如图2所示，包括4部分：(1)采样信道设置;(2)声音格式选择;(3)声波显示Waveform;(4)停止采集的控制按键。程序可以通过声卡采集线路输入的信号、麦克风接口的信号及计算机内部产生的信号。数据采集模块的程序如图3所示。结合实际，声卡有左右声道之分，故声音配置为2声道，采样频率设为22050Hz，应用16位采样精度，每信道采样数为5000/ch。

　　图2 噪声信号采集的前面板

　　图3 噪声信号采集程序

　　2.2 噪声信号频谱分析

　　本文主要使用LabVIEW中的FFT Fpectrum (Mag-Phase).vi并结合while循环结构来得到噪声信号的幅值谱和相位谱。FFT变换后的结果连接Waveform Graph 来显示频谱(程序和显示面板如图4所示)，此后将频谱中的频率、幅值和相位数据用适当的函数转换，为下一步的信号处理所用。

　　图4 FFT频谱分析程序及显示面板

　　2.3 噪声信号的处理

　　噪声信号处理的程序如图5所示，旨在得到滤除环境噪声后较真实的电机噪声信号。

　　图5 噪声信号处理程序

　　本系统采用LabVIEW中一些基本的运算节点、数组转换函数、簇函数及解除/捆绑函数等在for结构中实现对噪声信号的分离和处理。主要利用电机噪声频率与转速频率成整数倍的关系，先将频谱分析后的数据解除绑定，在for循环中通过N*f(f为电机转速频率，N为正整数)来找FFT输出频率中的有效电机噪声频率，并把这些频率下所对应的幅值和相位也提取出来。值得提出的是，对幅值和相位数据的提取最好在同一个for循环中进行，以保证声音信号的同步读取。然后对处理后的数据重新绑定组合，再次用Waveform显示整理后的噪声频谱，从而达到了滤除环境噪声的目的。其中，电机的转速频率可以用传感器和数据采集卡来收集，再通过RS232 USB或者PCI总线接口等将数据读出后传入PC机。在该系统的LabVIEW仿真中仅用数据输入控件来给定电机转速频率。

　　图6是电机噪声信号经测试系统处理后的幅值谱和相位谱。在此基础上，还可以考虑将提取出来的相位、幅值和频率数据重新组合，进而还原去除了环境噪声后电机噪声波形。

　　基于测试系统处理后的噪声频谱分析，可清楚地观测出电机噪声信号在不同频段上的故障特征信息，进行特征提取和故障识别。

　　最后，将电机噪声测试系统的完整LabVIEW程序用图7来说明。

　　图6 处理后的噪声信号频谱分析

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