虚拟声学信号采集分析系统设计研究

摘 要：近年来，随着科技的不断发展，虚拟仪器已经被应用到很多领域，它以计算机为基础，通过对相关的硬件和软件的构建而成，是具有可视化界面的仪器。它是计算机技术和电子技术相结合的产物，其功能较传统的虚拟仪器有很大的突破。虚拟声学信号采集系统是指应用LabVIEW开发平台，设计了一种基于声卡的虚拟信号采集分析系统。文章对虚拟声学信号采集分析系统设计进行研究分析。

关键词：虚拟;声学信号;采集分析;系统设计

中图分类号：TN912.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）02-0015-01

当前，随着测量仪器不断向虚拟化、计算机化的方向发展，基于声卡的数据采集系统的发展已经渗透到工程测量和高效实践教学的领域，它能够有效的测量出噪音及震动等物理信号。在声学的研究中，由于声学信号自身受干扰的复杂性和对实用性的需求，声学仪器对结构上的硬件构造及工艺具有极高的要求。由于声学仪器的体积往往占地空间比较大，而且它自身结构复杂，互相连接，这就一定程度上为研究工作的开展设置了障碍。

1 对LabVIEW的介绍分析

LabVIEW是一种由美国国家仪器公司研制开发的程序开发环境，它与c和BASIC的开发环境类似，但是LabVIEW又与其他计算机语言存在着明显的区别。它本身使用的是图形化编辑语言，其编写程序为G，并且产生的程序以狂吐的形式呈现出来。对LabVIEW的介绍还要从虚拟仪器的概念以及虚拟仪器与传统仪器的对比中详细介绍。

虚拟仪器是以计算机仪器为基础将仪器装入到计算机内部，并且它以通用的计算机系统为依托，实现仪器的功能。虚拟仪器与传统的仪器相比，其主要是对软件的操作，而传统的仪器则主要是靠硬件;而且，虚拟仪器的开发与维护的费用较传统仪器的费用较低，技术周期更新短，可重复性与可配置性强;另外，虚拟仪器的功能由用户进行定义，而传统仪器则由生产商进行定义。虚拟仪器的系统比较开放、并且灵活与计算机的进步同步，与其他设备比较容易连接。而传统仪器系统封闭并且固定，不易与其他设备进行连接。与传统的仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比等方面都拥有明显的技术优势。

1.1 虚拟仪器的智能化程度比较高，处理能力较强

虚拟仪器的智能化程度比较高及处理能力较强，其主要取决于仪器软件的水平。这为用户提供了方便，用户完全可以根据实际的应用需求进行使用。例如，用户在使用的时候，完全可以将信号及处理算法、人工智能技术等应用于仪器设计与集成中，将智能仪器水平提高到另一个新的层次。

1.2 虚拟仪器的系统费用低，复用性较强

利用虚拟仪器的思想，用相同的基本硬件可以构造出多种不同功能的测试分析仪器，它的系统费用比较低，而且复用性较强。

1.3 虚拟仪器的可操作性比较强

由于虚拟仪器的面板可以由用户进行定义，用户可以根据不同的需要应用设计不同的操作显示界面。利用计算机的多媒体处理能力，也可以使虚拟仪器的操作更加简单、直观、容易让人理解。

2 虚拟声学信号采集分析系统设计研究

通过以上对LabVIEW的了解，我们运用LabVIEW开发平台来设计虚拟信号采集分析系统。

2.1 系统前面板的设计

虚拟仪器的前面板设计是否合理对虚拟仪器的使用效果有着重要的影响，它直接面向使用者，使用者对其分布的合理程度也有着很高的要求。系统前面板的设计情况如图1所示。

2.2 系统的程序框图设计

对各个的功能模块进行分割编写，采用模块式的编写方式逐个进行分割，然后将分割编写的模块整理集合以构成一个新的系统控制程序。程序模块主要包括三个模块，第一种是实时信号采集模块;第二种是信号处理分析模块;第三种是仿真信号模块。这三种模块对系统都有着很重要的影响，它们以不同的角色为系统提供服务，满足用户的需求，产生令用户满意的信号。另外，对这三种模块的编写整合构成新的程序框图。

2.2.1 实时信号采集模块

实时信号采集模式可以通过对信号的有效分析处理对所采集的数据进行系统的分析，并且实时信号采集模式可以根据用户所设置的声音格式从声卡中得到相关数据，然后对数据进行保存。这种模块在开始采集数据前要注意，参数的设置要根据实际的情况和参数设置好以后将信号选择的按钮调制实时信号档上。开始设置各个快捷按钮，如停止按钮、退出按钮、对信号的采集保存等按钮。

2.2.2 信号处理分析模块设置完成应用

信号处理分析模块一般是对数据进行时域分析以及频域分析。其中时域分析可分为对参数的测量、对谐波失真分析、最后是自相关分析。在对信号进行分析处理的过程中，如果单单只对信号进行频域分析，信号所具有的全部特征并不能完全的显示出来，也就是时域分析有时候不能完全满足对信号的分析，这就需要对信号进行频域分析，以更加全面完整的分析出信号所具有的全部性质。在LabVIEW中，如果要对信号进行频域分析，就要以FFT为分析的基础，才能进行具体分析。

2.2.3 仿真信号模块的完成应用

仿真信号模块的作用我们不可忽视，生活中并不是所有的信号都能用实际的仪器产生，当无法获得实际的信号时，可以用仿真信号作为任意频率的信号，也可以用仿真信号作为标准的信号源，对其产生的信号做信号的检测系统。这种仿真信号模块包含波形显示以及噪声的添加等功能。仿真信号可以产生一些日常生活中我们常见的信号，如正弦波、方波以及三角波等。并且用户可以很据自身的需要对信号的频率、幅值、以及采样频率进行调节，从而产生用户所需要的信号。

3 研究应用

整流电路中应用虚拟声学采集分析系统研究采集系统的采集性能。在整流电路中应用虚拟采集分析系统时，应该注意采样的频率要保持20 Hz～20 kHz之间，如果想得到更加完整较好的波形，就可以将频率控制在100 Hz～15 kHz之间。在整流点路中要进行对正弦先好进行整流的过程中，可应用二极管半波整流电路对其进行整流。输出信号以后接入虚拟信号采集分析系统，可以得到一些波形。事实证明，虚拟仪器的信号采集分析系统的采集性能可以达到人们所需要的理想信号。实践证明，虚拟仪器信号采集分析系统已经被广泛的应用在噪声监测、信号分析以及实验教学当中。

4 结 语

当前，虚拟仪器已经被广泛的应用到对各种信号的采集分析，作用不容小视。虚拟仪器与传统仪器相比，优点远远比传统仪器多的多。例如，与传统仪器相比，虚拟仪器的智能化程度远比传统仪器的高，处理能力比传统仪器的处理能力强;虚拟仪器的系统费用要比传统仪器的系统费用低，并且虚拟仪器的复用性较强;从可操作性能上看，虚拟仪器的可操作性比传统仪器的可操作性强。文中还对虚拟声学信号采集系统做了研究，主要研究了系统前面板的设计和程序框图设计，程序框图设计中，对三种模块进行编写，最后组合成一个完整的新的程序框图。随着科技的不断发展进步，虚拟仪器在各个领域会有更大的影响。

参考文献：

[1] 王会清，韩艳玲.基于LabVIEW虚拟仪器的激光束位置控制器[J].华中科技大学学报（自然科学版），2003，（9）.

[2] 衣超，崔晓颖.AMT液压辅件蓄能器的仿真设计[J].车辆与动力技术，2010，（3）.

[3] 刘瑜杰，谭业双.基于VXI总线的电台电路板自动测试技术研究[J].兵工自动化，2008，（9）.