LABVIEW声卡采集器.docx
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LABVIEW声卡采集器.docx
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LABVIEW声卡采集器
基于Labview的声卡采集系统
——转速测量实验
琚喆081273010指导老师徐伟弘
前言:
在工业生产现场及科研试验中,通常需要采集、分析各种信号。
目前,绝大多数的测控系统采用专门的数据采集卡或数据采集器作为信号采集设备。
这种方式一方面会因数据采集设备的引入而增加系统成本和开发难度,另一方面则还可能因系统软件与数据采集设备的匹配性而使系统缺乏必要的灵活性。
近年来,人们将普通的计算机声卡引入测控领域,为大家提供了一种更加低廉、简单、灵活的信号采集方案。
本设计介绍了一种基于labview和声卡数据采集系统。
声卡工作原理:
声卡作为语音信号与计算机的通用接口,其主要功能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号,经过DSP音效芯片的处理,将该数字信号转换为模拟信号输出。
声卡的基本工作流程为:
输进时,麦克风或线路输进(LineIn)获取的音频信号通过A/D转换器转换成数字信号,送到计算机进行播放、录音等各种处理;输出时,计算机通过总线将数字化的声音信号以PCM(脉冲编码调制)方式送到D/A转换器,变成模拟的音频信号,进而通过功率放大器或线路输出(LineOut)送到音箱等设备转换为声波
实验目的:
1.设计基于Labview的声卡数据采集系统
2.使用设计的系统通过电脑上的声卡采集转速源的转速
系统结构图
Labview原理图
声音输入及设置
两次读取时间间隔应适中(0.1s~0.3s为宜)
1.为使波形实时显示,间隔越小越好
2.当间隔变很小时,缓冲区没有时间来写入数据,所以不宜太小
实时数据显示及处理
从缓冲区读取数据,并将每次读取的数据做处理,进行波形、频谱、均方值的实时显示。
连续循环读取,直至“停止”按钮按下
存入labview.wav
每次循环都以不覆盖的方式写入labview.wav
整段时间波形显示及处理
“停止”按钮按下后,将文件labview.wav整体读入,显示整段时间的波形和频谱
然后将波形数据转化为excel存储到ex.xls
前面板
前期准备工作1——数据线制作
这根数据线是手动焊接的,它可以接受双路信号,并双路输出。
所以有三个夹头。
前期准备工作2——标定
因为声卡本身的物理特性限制,它对输入信号要进行一定的衰减或放大处理。
所以对于labview上显示的电压数据要进行标定。
标定方法:
以示波器上显示的最大值除以labview前面板上实时波形的最大值即为标定比率。
示波器上的读数为9.6,labview上的读数为0.35。
所以标定比率为9.6/0.35=27.43
因为声卡采集的是电信号,所以要把转速信号通过传感器转换为电信号。
本实验采用的传感器是磁电式传感器。
磁电式传感器基本工作原理:
基于电磁感应原理,N匝线圈所在磁场的磁通变化时,线圈中感应电势:
E=nΔΦ/Δt发生变化,因此当转盘上嵌入n个磁钢时,每转一周线圈感应电势产生n次的变化。
实验步骤
1.本实验所需的实验器材主要有主机箱,磁电式传感器,转动源,电脑声卡以及数据线。
2.实验示意图如下:
转速实验的实际操作图
3.实验中测量了950转/min和1460转/min两组数据。
标准转速由主机箱提供,通过labview声卡采集系统测得的数据则为实验结果。
这里要另外说明的是转速和频率之间存在的关系,因为转盘上有6个磁钢。
所以转一圈是6个周期。
若转速为W,则可得到频率f=W*6/60。
所以我们可以得到950转对应的频率为95HZ,1460转对应的频率为146HZ。
第一组(950转/min)
主机箱提供的转速:
示波器提供的数据
由示波器的频率数据我们可以看出转速信号转换为电信号的过程是相对准确的。
下面我们就来看看关键的声卡采集系统所采集的转速数据是否正确。
从实时波形图中可以看出信号是周期性的矩形波,这与示波器测得的正弦波是有冲突的。
原因是声卡采集的信号被滤波了,这和声卡本身的物理特性相关。
从频谱图也能很明显的看到矩形波的频率分布,和我们所知的方波的频谱图相吻合,基频信号在95HZ,而高频信号只存在奇数倍的频率。
(下图为方波的理想频谱图)
之前的过程其实和我们以前用示波器测量的过程是相似的,而用声卡示波器采集数据的好处在于我们通过采样可以得到很多的实时具体数据,并保存下来。
本实验采用的保存方式是电子表格。
得到的这些数据可以供我们后期进行各种所需的处理。
所以我们也可以通过电子表格里的数据进行计算得到本实验的所测得转速。
上图为所有采样点数据曲线,其中共有16383个数据点。
上图是截取了数据中一个完整周期的图像,其中共有231个数据点。
由上面两图可以计算得一共采样了16383/231=70.922个周期的信号。
因为采样率是22050/s,所以该信号的频率f=70.922*22050/16383=95.454HZ
由之前的频率与转速关系,我们就可以得到该转速W=f*10=955转/min。
误差为(955-950)/950*100%=0.526%
可见通过声卡采集的信号数据计算所得与真实数据直接误差还是较小的。
950转/min产生的音频信号为95HZ。
第二组(1460转/min)
主机箱提供的转速
示波器提供的数据
上图为所有采样点数据曲线,其中共有16384个数据点。
上图是截取了数据中一个完整周期的图像,其中共有148个数据点。
由上面两图可以计算得一共采样了16384/148=110.702个周期的信号。
因为采样率是22050/s,所以该信号的频率f=110.702*22050/16384=148.986HZ
由之前的频率与转速关系,我们就可以得到该转速W=f*10=1490转/min。
误差为(1490-1460)/1460*100%=2.05%
1460转/min产生的音频信号为146HZ
实验总结
本实验采用基于labview的声卡数据采集系统测量转盘转速。
从实验结果中我们可以得到相应的波形数据,频谱数据,EXCLE数据和WAV数据。
这个便是使用声卡采集数据的好处,得到的不同类型的数据,能够方便后期不同的需求。
基于声卡的,尤其是声卡与虚拟仪器相结合的信号采集技术不仅降低系统成本,而且大大简化了硬、软件设计过程。
虽然本技术仅适用于落在音频范围内的信号,但其简单、廉价、灵活的优点使其具有广阔的应用前景,目前已推出了很多成熟的产品。
而且,由于声卡既有输入设备,又含输出设备,因此它除用于信号采集外,还可用于信号发生和输出控制,已被广泛应用在诸多领域。
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