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1、NI-PXI4496——声音和振动数据采集 综述 NI PXI449X和PXIE449X高精度数据采集卡是专门为声音和振动而设计的应用。每个模块为16通道24位模拟输入，并且为IEPE恒流信号调节。NI449X采集卡是制作精密测量与麦克风,加速度计和其他传感器的理想元件，具有非常大的动态范围。采集卡提供高达114分贝的动态范围,同时采样所有16通道的速率高达204.8KS/S。此外,该采集卡包括反混淆滤波器自动调整采样率和软件可配置的输入增益高达30分贝。NI449x数据采集卡一般适用于车载音响测试；噪声，振动，严厉的噪音振动(NVH)分析；大型麦克风阵列和动态结构性测试。这些数据采集卡是
2、与NI声音和振动测量分析软件套件兼容的，可以完成您的应用程序中各种各样的时间和频率测量包括倍频程和阶次分析。 图1 NI-PXI4496数据采集卡 主要技术参数 ⑴ 16通道模拟输入。 ⑵ 24位分辨率ADC(模数转换器)。 ⑶ 最大数据采样速率：204.8kS/s。 ⑷ 动态范围：114dB。 ⑸ 增益+20dB。 ⑹ 输入范围：±10V 其中正极最大工作电压为±10V，负极最大工作电压±1V。 其中正极过电压保护±30V，负极过电压保护±5V。 ⑺ 软件可配置的4 mA IEPE和TEDS用于麦克风和加速度计 ⑻ 交流耦合（AC） 3dB截止频率为0.5hz。
3、 表一 NI4496规格说明 产品 PXI-4496 产品系列 动态信号分析仪 总线类型 PXI 平台 PXI总线类型 可兼容PXI混合总线 产品 编号 779748-01 操作系统 / 对象 实时系统 , Linux , Windows LabVIEW RT支持 是 Power Requirement for +3.3V Rail 1.7 A +5V导轨的供电要求 1.4 A +12V导轨的供电要求 0.4 A -12V导轨的供电要求 0.1 A 第二槽模块 否 模块宽度 1 与MXI兼容 是
4、 测量类型 Accelerometer , 电压 与RoHS指令的一致性 是 信号调理 电流激励 , 抗混叠滤波器 表二 NI4496输入/输出 模拟输入 通道数 0 , 16 单端通道 16 差分通道 0 分辨率 24 bits 采样率 204.8 kS/s 最大模拟输入电压 10 V 最大电压范围 -10 V - 10 V 最大电压范围的敏感度 1.19 µV 最小电压范围 -1 V - 1 V 最小电压范围的敏感度 119 nV 量程数 2 同步采样 是 板上存储量 4095 样本 (
5、THD) 98 dB 动态范围 114 dB 激励电流 4 mA 模拟输出 通道数 0 数字I/O 通道数 0 表三 NI4496 物理标准 长度 16 cm 宽度 10 cm I/O连接器 InfiniBand连接器 , SMB母头 定时/触发/同步 触发 数字 , 模拟 同步总线(RTSI) 是 定时器/计时器数目 0 分析性能： ⑼ 功率谱 ⑽ 变焦FFT ⑾ 分数倍频程分析 ⑿ 振动级测量 ⒀ 谱图 ⒁ 瞬态分析 技术综述 模拟输入操作 每一路输入信号都是同时被缓冲,放大,模拟过滤,
6、由24位高精度采样模数转换器(ADC)执行截止频率的数字滤波,自动调整一个软件可编程的采样率。高分辨率提供了必要的准确性使得NI449x数据采集卡很好的适合音频和振动分析应用程序。在NI4496中，一个可编程增益放大器在输入阶段提供0dB,20dB增益的选择。另外,这个数据采集卡包括对换能器电子数据表读写能力的智能传感器以及在软件中选择处理IEPE恒流或者关闭。NI4496使用的是一种被认为高精度调制的AD转换方法。采用这种技术，输入信号被过采样或者以几倍于选择的数据率采样，然后应用到数字滤波器。NI4496数据卡将高精度调制模数转化器一体化，从而在具有优秀的相位线性度的同时保持低噪声和失真。
7、另外，这类模数转化器可以使采集卡免除与传统数据采集设备相联系的差分非线性的失真。 抗混叠 在工程测量中，采样频率不可能无限高也不需要无限高。在进行动态信号测试中测量仪器必须具有抗混叠功能，采用滤波器滤除高于1/2采样频率的部分，NI4496也不例外。所有的输入通道在硬件上同时使用模拟和数字滤波器的实现以防止混叠。信号首先经过固定的模拟过滤器来去除超出模数转化器频率范围之外的信号成分。然后数字反混叠滤波器自动调整截止频率,来清除任何超过编程采样率一半以上的频率成分。这个专门的结构就意味着不需要再添加额外的外部滤波器,来防止混叠。 PXI versus PXI Express
8、PXI (PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展) 是一种由NI公司发布的坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范。制订PXI规范的目的是为了将台式PC的性能价格比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来，形成一种主流的虚拟仪器测试平台。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。 其中PXI Express总线接口技术是对PXI平台最新的表达。PXI总线接口规
9、范使串行接口信号与PXI标准一体化，增加了底板带宽，从132 MB/s 到 6 GB/s，相当于提高了45倍。通过融合一个100 MHz微分参考时钟和微分触发器，这也增强了PXI定时和同步的特性。由于单个PXI模块具有16路同步通道，其密度是其余任何接受同步采样的NI设备的2倍。当您在18槽PXI机箱中使用NI PXI-4496时，可同步多达272路通道。且由于该模块接受了具备DAQmx通道扩展功能的NI-DAQmx的编程，因而单通道、16路通道或272路通道的数据采集代码相同。甚至针对更大的噪音测绘麦克风阵列、动态结构测试或数据读写应用，您也能在多机箱的PXI系统中同步超过13,000条通道
10、PXI-4496模块具有每条通道204.8 kS/s的最高采样率，并包括针对无误差设置的TEDS智能传感器支持。 触发 NI4496数据采集卡模拟和数字的采集触发均有两种操作模式，即启动触发和参考触发。触发消息可以来源于任何模拟输入通道,外部数字触发输入,或PXI总线触发。外部数字触发器,是5V TTL/cmos兼容的,被上升沿或者下降沿的选择而激活。在开始使用时触发模式时,NI449 x数据采集卡只有在触发条件已经发生的情况下才能获得信号。在参考触发模式下,设备可以在触发条件发生前或后获得信号。经常使用应用程序或者瞬态信号触发。例如，当测量因为敲打而造成的机械结构振动，采集的加速度
11、计信号由敲打影响触发。 信号连接无线宽带技术 NI449x采集卡使用两个4x无线宽带连接器，每个连接器有8个模拟输入通道,AI0-7和AI8-15。4X InfiniBand广泛应用于性能优越的计算应用，因为它能通过输入信号线对之间的屏蔽板提供绝佳的信号完整性,从而减少串扰之间的输入.NI提供各种线缆选件，包括：配备8个BNC连接器的一款屏蔽式分支电缆(breakout cable)和配备32个BNC连接器的一款19英寸机架式适配器。 图2 BNC连线 ⑴ 直接连接BNC 一个屏蔽了无线宽带的BNC电缆，NI SHB4X-8BNC可以使两个包直接连接到NI449x数据采集
12、卡。每个电缆的一端是449x连接器，另一端则是BNC接口输入。 图3 BNC-2144 ⑵ 机架安装BNC NI BNC-2144是4496的信号连接器配件。在前面它有32个BNC接口输入，在背面则是个4x无线带宽连接器可供两个NI449x数据采集卡使用。 软件 PXI-4496模块的编程借助了NI-DAQmx，并适于同NI声音和振动测量套件配合使用。NI声音和振动测量套件提供信号处理功能，用于音频测量、分数倍频程分析、频率分析、瞬态分析和阶次跟踪。实现交互式软件体验的NI声音与振动助手，能够快速采集、分析并记录声学、噪音和振动数据。NI4496数据采集卡非常适合于噪声和振动
13、分析程序，你可以使用一套NI声音和振动测量套件明确地解决问题。其中有两个部分，一部分是声音和振动助手，另一部分是labview分析软件，用于分析功率谱，频率响应，分数倍频程分析，噪声级测量，谱图，阶次图，顺序提取，校准传感器，人类振动滤波器,扭转振动。 声音和振动助手 声音和振动助手是一个交互式软件，被设计用来简化采集过程，具有很多优点。它可以借助可立即执行的应用程序范例，尽可能缩短开发时间 ，无需labview便可快速启动声音和振动助手，也可以可借助DAQ配置XControl，比以往更快创建自定义数据采集系统 ，同时结合符合NI ANSI和符合NI IEC的倍频程和音质分析，避免验证
14、上的花销，结合并行处理，缩减测试时间。它包含各类声音与振动分析功能。提供从连续频率响应扫描到阶次分析和转速表处理的易用型分析工具。提供众多显示选择，如：强度图、瀑布图、轴中心线图和轨道图。轻松运用非编程环境。 其中分析噪声和振动信号需要以下几个条件： ⑴ 一个拖放的，交互式采集和分析环境。 ⑵ 快速测量配置。 ⑶ 通过labview扩展功能。 ⑴交互式分析环境 交互式环境适合在时域和频域中进行基本的声音与振动分析。包含数据记录功能。无需编程。声音和振动助手引进了一个创新的方法来配置测量，即使用直观的拖放的步骤。结合传统的噪音和振动的功能分析，软件可以灵活定制和自动操作例程，声音
15、和振动助手可以帮助你简化你的应用程序。 ⑵快速测量配置 有很多内置的步骤可供立即使用声音和振动助手。你可以立即配置测量和分析应用程序如下: ①硬件I/O接口-从一系列设备中生成和采集信号。 ②信号处理-滤波，加窗和平均。 ③时域分析-声音和振动级的趋势。 ④频域分析- ANSI和IEC分数倍频程分析,频率响应,中功率,和失真。 ⑤阶次分析-转速表处理，阶次功率谱分析，阶次追踪，顺序提取，瀑布图，波特图，谱图。 ⑥报告生成-可以拖拽到Microsoft Word图表或将数据导出到微软Excel或UFF58中。 ⑶ 通过Labview扩展功能 将项目传送到到labvie
16、w方框图中，重新使用你的测量应用程序开发声音和振动助手。在labview,一个全功能的图形编程环境下,您可以进一步自动化您的应用程序或定制你的分析。 labview中的声音和振动采集虚拟仪器 labview中声音和振动分析能见度虚拟仪器,可以开发各种自定义音频、声学和振动的应用程序。功能包括: ⑴分数倍频程分析与A - B -,和c-加权 ⑵积分或者双重积分的振动级 ⑶A-，B-和c-加权 ⑷功率谱 ⑸放大功率谱 ⑹峰值搜索 ⑺中功率 ⑻频率响应 ⑼滤波 ⑽阶次追踪 ⑾测速信号处理 此外,在labview中提供了超过50个随时可以运行的例子可以使它更容易开始噪
17、音和振动分析。
硬件安装
确认设备识别
⑴双击桌面上的Measurement & Automation 图标，打开MAX。
⑵展开设备和接口，确认设备已被识别。 如使用远程实时终端，展开远程系统，找到并展开远程终端，然后打开设备和接口。 如设备未显示，请按
18、如使用附件，需添加附件信息。单击扫描TEDS。 如需在MAX 中配置直连至设备的TEDS 传感器，右键单击“ 设备和接口” 下的设备名，然后选择配置TEDS。 （3）单击确定保存设置。 安装信号调理或开关设备 附加传感器 运行测试面板 按照下列步骤使用MAX 测试面板。 ⑴在MAX 中，展开设备和接口或设备和接口» 网络设备。 ⑵ 右键单击要测试的设备，选择测试面板，打开选中设备的测试面板。 ⑶ 单击顶部的选项卡，选择开始测试设备的功能，或选择帮助查看操作须知。 ⑷如测试面板显示错误消息。 ⑸ 单击关闭退出测试面板。 进行NI-DAQmx测量 按照下列步
19、骤，在MAX 中通过DAQ 助手创建任务： ⑴在MAX 中右键单击数据邻居，并选择新建，打开DAQ 助手。 ⑵在新建窗口中，选择NI-DAQmx 任务并单击下一步。 ⑶选择采集信号或生成信号。 ⑷选择I/O 类型（例如，模拟输入）和测量类型（例如，电压）。 ⑸选择要使用的物理通道并单击下一步。 ⑹命名任务，单击完成。 ⑺ 配置各个通道。 分配至任务的各个物理通道都有一个虚拟通道名称。 选定通道后，才能修改输入范围和其他设置。 单击详细信息，可查看物理通道的相关信息。 配置任务的定时和触发。 单击运行。 在应用程序中使用NI-DAQmx DAQ 助手可用于LabVIEW 8.2 及更高版本、LabWindows™/CVI™ 或MeasurementStudio 7.x 及更高版本、LabVIEW SignalExpress 3 及更高版本。 在labview中，创建NI-DAQmx 任务在NI-DAQmx 中，任务是包括一条或多条通道以及定时、触发等属性的集合。 从概念上来说，任务就是要进行的测量或生成。 例如，测量DAQ 设备一条或多条通道的温度就是一个任务。
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