基于凌华科技PCI-9846和LabVIEW数据采集分析系统

作者

焦新涛(1979～)，男，华南师范大学教师，主要研究方向为工程信号处理与故障诊断

应用领域

噪声、振动与声振粗糙度NVH(Noise、VibrATion、Harshness),是衡量汽车制造质量的 一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的。它是国际汽车业各大整车制 造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车 辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。对 于汽车而言，NVH问题是处处存在的。研究设计噪声振动信号分析系统，对于解决相应的 NVH问题具有一定意义。

挑战

利用凌华科技生产高性能数据采集卡PCI9846和LabVIEW8.6 设计数据采集分析系统，实现信号的采集，并能对信号进行分析处理。由于在离散频谱分析的过程中不可避免的存在各种误差，如何提高频谱分析的精度，对信号进行频谱校正，是系统需要解决的问题。

使用产品

数据采集分析系统采用凌华科技PCI9846，软件采用LabVIEW8.6，操作系统为Windows XP。

解决方案

基于虚拟仪器的优点，利用凌华科技生产的具有4通道，16为采样精度，最高采样率 达到40MS/s的高性能数据采集卡PCI9846和LabVIEW8.6 设计数 据采集分析系统，在系统中采用比值校正法、能量重心校正法、FFT+FT连续细化分析 傅立叶变换法和相位差法等离散频谱校正方法对信号进行频谱校正分析，提高信号分析精度。

一个完整的信号分析系统通常由3部分组成：信号的获取与采集、信号的分析与处理和结果的输出与显示。传统的测试仪器基本上是以硬件或固化的软件形式存在，仪器由生产厂家来定义、制造。传统仪器的设计较复杂，灵活性差，没有摆脱独立使用，手工操作的模式,整个测试过程几乎仅限于简单的模仿人工测试的步骤，不适于一些较为复杂及测试参数较多的场合[1]。与传统仪器相比，虚拟仪器(Virtual Instrument)具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，具体表现为：智能化程度高，处理能力强，复用性强，系统费用低，可操作性强等[2]。基于虚拟仪器的优点，利用PCI9846和LabVIEW设计数据采集分析系统，用于汽车NVH分析。

一、系统组成

虚拟仪器正在成为当今世界流行的一种仪器构成方案。虚拟仪器以计算机为基础,结合相应的硬件和软件,完成数据的采集和处理。其结构是开放式的，它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块以及与开发测试软件结合起来构成仪器系统，这种系统具有通用性、灵活性，便于开发测试应用。

1.1 硬件构成

硬件系统以计算机为主体,以插入其中的数据采集卡为主要功能部件。被测信号由数据采集卡接收后,传入计算机内部,由相应的软件进行后续的分析处理工作，因此数据采集卡是虚拟仪器能否成功设计的关键所在[3]。

本系统采用的数据采集卡是凌华科技生产的PCI9846。PCI9846是凌华科技的一款具有4通道，采样精度达到16位，采样频率达到40MS/s的高速数字化仪，提供高精度、低噪音及高动态范围性能，高密度且高精准度，专为输入信号频率高达20MHz的高频和高动态范围的信号而设计。模拟输入范围可以通过编程设置为±1V/±0.2V或±5V/±0.4V。配备了容量高达512MB的板载内存的PCI9846，摆脱了PCI总线的约束，使之能储存更长时间的波形[4]。

1.2 软件平台

软件部分是虚拟仪器的心脏，目前，应用较广泛的基于虚拟仪器的图形化编程软件开发平台主要是美国国家仪器公司NI (National Instrument)开发的LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,实验室虚拟仪器工程平台)。LabVIEW是一种基于G(Graphic)语言的图形编程开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，用作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言，使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，对于科学研究和工程应用来说是很理想的语言。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数[5]。这是一个功能强大且灵活的软件，利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。它可以增强构建使用者的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。

LabVIEW含有种类丰富的函数库，在