基于虚拟仪器技术的声级计设计论文

基于虚拟仪器技术的声级计设计论文内容摘要：

次它还可以定义测试功能的流程图软件程序。 (2) I/O 接口仪器驱动程序： 完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。 虚拟仪器可以在相同的硬件平台下，通过不同测试功能软件模块的组合，实现功能完全不同的各种仪器，即虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现的。 软件是虚拟仪器的核心，体现了测试技术与计算机技术深层次的结合。 开发虚拟仪器必须选用合适的软件开发平台，目前的虚拟仪器软件开发平台有如下两类： (1) 基于文本式编程语言开发工具：如 VC++， VB， Lab Windows/CVI 及 Delphi等。 (2) 基于图形化编程语言开发工具：如 LabVIEW（ NI公司）， HPVEE（ HP 公司）。 本文虚拟仪器的设计所涉及的是提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境并且基于图形化的软件编程平台 LabVIEW。 软件的选择 LabVIEW[7]（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国 NI公司（ National Instrument Company）推出的一种基于 G语言（ Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。 G 语言作为 LabVIEW 的核心与 C 语言、 BASIC 语言一样，是一种带有各种函数库的编程语言，它提供了专门用于数据采集和仪器控制的函数库与开发工具。 LabVIEW 自带的函数库可以用于数据采集、 GPIB 和串行仪器的控制、数据分析、数据显示和数据存储。 LabVIEW 还提供了一些常用的程序调试工具，可在程序中设置断点、单步执行程序、查看数据流的运行方式等，大大简化了程序的开发与东北石油大学本科生毕业设计（论文） 8 调试工作。 应用 LabVIEW 开发的程序的外观和操作方式都 与实际仪器类似，所以使用 G 语言编制的程序称为虚拟仪器程序（ Virtual Instruments，简称 VI）。 G 语言与其他基于文本的编程语言的重要区别就是 G 语言是图形化的编程语言。 LABVIEW 软件的特点 LabVIEW 软件工具的特点可归纳如下： (1) LabVIEW 是基于图形化的软件编程平台，是应用于测控领域的专用软件开发工具。 (2) 采用图形化（数据流图式的语言）的编程语言，交互式编程环境，不仅人机界面使用 “ 所见即所得 ” 得可视化技术建立，而且程序代码也是图形化的代码，使编程过程更加 接近人的思维，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师的语言。 (3) 采用数据流编程模式，是能够同时运行多个程序的多任务系统。 (4) 提供了丰富的用于数据采集、分析、表达及数据存储的函数库。 (5) 提供传统的程序调试手段，如设置断点、单步运行，同时提供有独具特色的高亮执行和探针工具，使程序动画式运行，利于设计者观察程序运行的细节，使程序的调试和开发更为便捷。 (6) 32bit 的编译器编译运行 32bit 的编译程序，保证用户数据采集、测量和测试方案的高速执行。 (7) 内置了 PCI、 DAQ、 GPIB、 PXI、 VXI、 RS232 和 RS485 的在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数，支持数据采集卡和 GPIB、串口设备、 VXI 仪器、 PLC、工业现场总线以及用户特殊的硬件板卡。 免费提供世界各大厂商 1000多种仪器的驱动程序，方便用户迅速组建自己的应用系统，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口的设备与仪器。 (8) 具有强大的外部接口能力，可以实现 LabVIEW 与外部的应用软件（如Word、 Excel 等）、 C 语言、 Window SAPI、 MATLAB 等编程语言之间的通信。 可用的外部接口诸如 DDLs（动态连接库）、 CIN 代码调用、 DDE（共享库）、 MATLAB、ActiveX 等。 (9) 强大的 Inter 功能，内置了便于应用 TCP/IP， DDE， ActiveX 等软件标准的库函数。 支持常用网络协议，方便网络、远程测控仪器的开发。 (10) LabVIEW 支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的 LabVIEW 应东北石油大学本科生毕业设计（论文） 9 用程序可直接移植到其他平台上。 LabVIEW 增强了用户构建自己系统的能力，为用户提供了实现仪器编程与数据采集系统的便捷途径。 使用 LabVIEW 进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统可以大大缩短系统的开发时间，提高生产效率高达 4－ 10 倍。 LabVIEW 的基本功能 任何一台仪器或系统可概括为由三大功能模块组成：信号的采集、数据的处理、结果的输出与表达。 虚拟仪器也不例外。 它也是按照 “ 信号的调理与采集（ ADC），数据的分析与处理（ DSP），结果的输出（ DAC）及显示 ” 的结构模式来建立通用仪器硬件平台的，在这个通用仪器硬件平台上，调用不同的测量软件就构成了不同功能的仪器。 因此，虚拟仪器系统是由计算机、仪器硬件和应用软件三大要素构成的，计算机与仪器硬件又称为 VI（虚拟仪器）的通用 仪器硬件平台。 (1) 信号调理与采集功能 对被测信号进行调理和采集是虚拟仪器的基本功能。 此项功能主要是由虚拟仪器的硬件平台完成的。 仪器硬件可以是插入式数据采集卡及必要的外围电路（含信号调理电路、 A/D 转换器、数字 I/O、定时器、 D/A 转换器等），或者是带标准总线接口的仪器，如 GPIB、 VXI、 PXI、 STD、 PCI 总线仪器和网络化仪器等。 (2) 数据分析和处理功能 虚拟仪器充分利用了计算机的高速存储、运算功能，并通过软件实现对输入信号的分析处理，如数字滤波、统计处理、数值计算、信号分析、数据压缩、模式识 别等数字信号处理。 (3) 参数设置和结果表达功能 虚拟仪器充分利用计算机的人机对话功能，完成仪器的各种工作参数的设置，如功能、频段、量程等参数的设置，对测量结果的表达与输出有多种方式，如屏幕显示，电、磁、光存储，绘图打印，网络传输等。 声卡的工作原理其实很简单，其工作流程图如图 1 所示。 我们知道，麦克风和喇叭所用的都是模拟信号，而电脑所能处理的都是数字信号，声卡的作用就是实现两者的转换。 从结构上分，声卡可分为模数转换电路和数模转换电路两部分 ,模数转换电路负责将麦克风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电脑 能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设东北石油大学本科生毕业设计（论文） 10 备能使用的模拟信号。 声卡一般有 Line In 和 Mic In 两个信号输入插孔，若由Mic In 输入，由于有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，本文使用 Line In，其噪声干扰小且动态特性良好。 声卡测量信号的引入应采用音频电缆或屏蔽电缆以降低噪声干扰。 若输入信号电平高于声卡所规定的最大输入电平，则应在声卡输入插孔和被测信号之间配置一个衰减器，将被测信号衰减至不大于声卡最大允许输入电平。 此外，将声卡的 Line Out 端口接到耳机上还可以实时的监听声音信号LabVIEW 对声音采集的设置默认于其所处的操作系统，本文使用的是最普通的声卡，对于高级的声卡采集信号时，要注意关闭如混响之类的一些特效，避免影响测量结果的真实性。 该部分根据用户设置的声音格式从声卡获得数据。 提供各种声音信号格式的存储以及转到信号分析模块的功能分为四步： （ 1）打开文件：用 Sound File 打开所要写入的声音文件。 根据所写后缀名的不同可以用不同的文件格式保存，如书写的后缀为 .mp3 以 mp3 的格式存储， .wav则存储为 wav格式。 初始化 /配置声卡：用 LabVIEW 自带的 SoundInputConfig－ 来配置声卡采样所需的各个参数，如：设备 ID、采样数、采样模式等。 本文设置采样频率为 ，采样位数为 16 位，采样方式为双声道 . （ 2）读取数据：用 Sound Input 连续的读取声卡缓冲区的数据。 把读取的数据送入 graph 控件来显示，用 Sound File 数据写入第一步已经打开的声音文件。 (3) 停止采集以及关闭文件：先用 Sound Input 停止采集数据，然后用 Sound Input 清除声卡缓冲区中的数据，最后用 Sound File 关闭打开的声音文件。 东北石油大学本科生毕业设计（论文） 11 第 3 章 系统总体设计 声级计原理 由传声器将声音转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配。 放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权（或外接滤波器），然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器（或外按电平记录仪），在指示表头上给出噪声声级的数值。 为了模拟人耳听觉在不同频率 （ 20Hz20KHz）有不同的灵敏性，在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，这种网络叫作计权网络。 通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级（叫线性声压级），而是经过听感修正的声压级，叫作计权声级或噪声级。 由于人耳对各频段噪声的感知能力是不一样的，对 3kHz左右的中频最灵敏，对低频和高频则差一些，因此不计权信噪比未必与人耳对噪声大小的主观感觉能很好的吻合。 如何将测量值与主观听感统一起来呢。 于是就有了均衡网络，或者叫加权网络，对低频和高频都加以适度的衰减，这 样中频便更突出。 把这种加权网络接在被测器材和测量仪器之间，于是器材中频噪声的影响就会被该网络 “ 放大 ” ，换言之，对听感影响最大的中频噪声被赋予了更高的权重，此时测得的信噪比就叫计权信噪比，它可以更真实地反映人的主观听感。 根据所使用的计权网不同，分别称为 A 声级、 B声级和 C 声级，单位记作 dB（ A）、 dB（ B） 和 dB（ C）。 A 计权声级是模拟人耳对 55dB以下低强度噪声的频率特性， B计权声级是模拟 55dB到 85dB的中等强度噪声的频率特性， C 计权声级是模拟高强度噪声的频率特性。 声级计使用主要包括两方面 （ 1）声级计的 校准：声级计使用前后要进行校准，以保证测量数据的精确。 一般声级计能产生一个标准电信号用于校准内部的电子线路，只进行电校准有时无法达到测量精度要求。 通常使用活塞发声器、声级校准器或其他声级校准仪器进行声学校准。 （ 2）声级计的读数：声级计的噪声测量值为输入衰减器、输出衰减器和电表读数之和。 声级计读数直接给出声压级，测量范围约为 20～ 130dB。 声级计的指示电表有 “ 快东北石油大学本科生毕业设计（论文） 12 档 ” 和 “ 慢档 ” 两种响应速度。 一般测量时使用 “ 快档 ” ， “ 慢档 ” 指示是在表针起伏大于 dB，而小于 dB时用来读出平均值。 对于稳态噪声，两种速度响应读数一样。 对于脉冲噪声，应使用脉冲声级计，取电表指针最大偏转位置读数，或使用其峰值保持功能。 对于间歇噪声。