基于Labview的压缩机噪声测试

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压缩机是-种工业生产 中广泛使用的机械设备。这种机 j械依靠在气缸内作往复运动的活塞或作旋转运动的转子的作用，使吸入气体的体积缩小而提高压力，以满足生产需要。

为了保证和提高压缩机的质量，对其性能进行测试是-个不可缺少的环节。而对于加气站用的天然气压缩机 ，噪声 的测试和控制尤为重要。但是到 目前为止，这项工作基本上是以手；- - 收稿日期：2012-10-26基金项 目：江苏势技成果转化专项资金项目(项 目编号：BA2011037)- 2013年0l期(总第 237期)工为主或依靠专业的测试分析仪器进行。前者 ，效率太低，测试结果可靠性、准确性不高；后者 ，成本和使用要求较高，便携程度低，功能单-。本文提出了以虚拟仪器为平台，设计并实现了对压缩机加气站噪声的自动化测试。

2 虚拟仪器简介虚拟仪器就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的-种计算机仪器系统。-方面是指虚拟仪器的面板是虚拟的；另-方面是指虚拟仪器测量功能是由软件编程来实现，即在以Pc计算机为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以通过不同测试功能的软件拈的组合来实现多种测试功能”。

虚拟仪器由通用仪器硬件平台和应用软件组成。构成虚拟仪器的硬件平台有 2部分：计算机和I/O接口设备。软件由应用程序与I/O接口仪器驱动程序两大部分组成。硬件仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个系统 的关键。 目前 ， 比较流行的软件工具主要有 2类：-类是图形化的编程语言，如 Labview等；另-类是文本式的编程语言 ，如 C语言、Visualc语言等。

基于 Labview的虚拟仪器测试系统，其本质上是利用 PC机强大的运算能力、图形环境等功能，通过-组软件和硬件建立具有 良好人机交互性能的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示。因此 ，与传统仪器相比具有价格低 、可复用 ，可重配置性强 、功能灵活 、开放 ，可与 网络互联 ，技术更新周期短等优点。

3 测试系统基本组成本课题中，我们选用了虚拟仪器开发平台 (软件环境)Labview和美 国 NI公司的推 出的 C系列 NI USB-9233四通道动态信号采集拈构成测试系统。

3.1 系统硬件组成虚拟测试系统从构成结构来看，较为常用的有 3种形式 ，即数据采集系统，GPIB仪器控制系统以及 VXI仪器系统[21。如图 1所示。

本次实验过程中，我们根据实际需要 ，选择了数据采集控制系统。

系统的数据采集拈是 NI公司的USB-9233板卡，是便携式的并自带信号调理功能，能针对集成电路压电式 (IEPE)与非集成电路压电式传感器 ，进行高精度音频测量。

NI USB-9233具有 102 dB动态范围，能对加速度传感器和麦克风进行软件可选式交流/直流耦合与集成电路压电式信号调理，4条输入通道借助自动调节采样率的内置抗混叠滤波器 ，能 同时以每通道高达 51.2kHz的速率对信号进行数字化处理。NI USB-9233数据采集拈的总采样率为 50 kS/s，精度为24 bits。

该测试系统所选用的传感器是丹麦 B/K公司的麦克风系统 (传声器和前置放大器)，测量范围是 6～20 kHz，灵敏度是49.6 mV/Pa。

3.2 系统软件组成本测试系统选用 Labview作为软件开发平台，它是美国 NI公司在 1986年推出的-种图形化编程语言。它作为领先 的图形化系统设计软件 ，拥有直观的图形表达方式和硬件无缝集成的能力，能借助丰富的函数及相关拈工具包，提升效率的同时拓展应用范围，更好地实现系统应用设计。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。所以 ，在使用这种语 言编程时 ，基本上不需要写复杂的程序代码，取而代之的是流程图[3]。

竺兰 翌H h匝巫 - IL豁 l图 1 虚拟测试系统基本构成框图5O 瓣 翘Labview编程环境有 2种运行状态 ，即编辑状态和执行状态。在编辑状态下 ，我们可以建立 自己的 VI，并根据需要对前面板和后台框图进行编辑修改，使之满足工作的需要。在执行状态下，我们可以动态调试程序 ，观察数据流程，进行各种必要的测试。

4 现场噪声测试实验本次实验课题研究对象为华润燃气加气站天然气压缩机组，测试样机选用型号为 DW-3/(3-250)-X型天然气压缩机。

为了充分了解该压缩机组周围噪声的传播及大小等情况，并结合现场实际布局，我们共设置了4个测点，各测试点分别布置在压缩机组的北面、东面、西面和南面 1 m处 ，离地面高度为 1.5 m。同时为研究噪声成分及噪声源的状况 ，除了进行常规的噪声声压级测试外 ，我们还进行了频谱测试。

4.1 噪声的频谱当以频率为横坐标，以反映声音强弱的量 (如声压级 、声强级或声功率级)为纵坐标而绘制出的图形，称为声音的频谱图，简称声谱。声谱表明了声音的频率结构 ，噪声的频谱亦属声谱中的-类 ，它表明了噪声的频率结构。如果噪声j 仅含有某几种频率成分的周期性噪声，则其频谱呈离散的线性谱型；如果噪声 中包含有从低 到高 的频 率成分 (无 规 噪声)，则其频谱呈连续谱型；如果噪声中既有某些突出的频率成分，又在较宽的频率范围内： 具有声能量 (周期性噪声加无规噪声)，则其频谱是离散的线状谱与连续谱的综合[41。

噪声的频谱清楚地表明了声能量的频率分布情况 ，即噪2013年01期(总第237期)C应om用pute与rAp钡pli4c瘌atio 图 2 实时信号采集调理程序声中包含 了哪些频率分量 ，各频率分量的强弱，哪些频率分量在总的噪声中贡献是主要的，这些频率分量 即是噪声的主要成分，结合具体声源的情况 ，可进-步分析那些主要 的噪声 j频率分量是怎样产生的。因此，噪声的频谱通常是噪声测量 内容的-部分，也是进行噪声控制所必需的原始资料之-。

4.2 噪声测试方案 ：测试基本步骤如下：(1)运用 Labview软件编写-2013年O1期(总第237期)图 3 测试数据返放分析程序测试程序以及设置相关参数图 2，图 3为部分测试源程序。

进 入噪 声测试 界 面后(见图 4)，需进行相关参数设置。首先进行通道设置 ，要根据实际连接情况选择测试卡上的通道，软件设置通道必须与物理通道相对应，否则无法接收数据，同时输入传感器的灵敏度以及最大声压值。其次，进行测试采样参数设置。根据实际需要输入合适的采样率和图 4 测点 1噪声频谱图采样点数，但不能超过采集卡的上限采样频率，否则程序会报错而无法运行。最后 ，进行频谱分析设置。本次实验，我们选择 倍频程，频率范围为 20～16000 Hz，采样 率 为 40 kHz，采样点数为 4096，采用 A计权网络滤波方式。

连表 1 压缩机 1号测点噪声各中心频率声压级测试数据中心频率 声压级 中心频率 声压级 中心频率 声压级 序号 序号 序号f/rlz LJdB CA) f/Hz L B(A) flHz n(A)l 20 18.45 Il 200 71.76 21 2000 81.502 25 40.14 12 250 70.41 22 2500 75.713 31.5 27.54 13 315 64-32 23 3150 72.654 40 41.15 14 400 66.84 24 40oO 65.855 50 47.72 15 500 68.52 25 5Oo0 67.956 63 55.36 16 630 72.03 26 63o0 63.287 80 50.72 17 8oo 71.5O 27 8Ooo 63.0O8 100 51.O2 18 10o0 69-35 28 1O00o 60.619 l25 65.55 19 1250 73.58 29 12500 56.9410 160 65.50 20 16o0 71.56 30 16o00 47.50(2)调试测试程序当相关参数设置完成后 ，必须要进行程序调试 ，可选用标准信号发生器进行校验，若发现问题，可及时进行修正。

(3)连接噪声传感器，进行现场测试 i当测试程序调试完毕，所有问题都解决后，即可连接噪 ；声传感器 (麦克风)，运行测试程序 ，进行数据 的采集 ，并可实时观测噪声信号。 j(4)数据处理和分析将测试数据导人计算机 ，提取噪声测试频谱图和 1/3倍频程声压级测试数据，进行分析(可在线实时监测也可离线分析)。

4.3 噪声测试数据以下为本次实验部分测试数据。图4为 1号测点的噪声频谱图，表 1为 1号测点声压级测试数据。 j从上述测试的频谱曲线图以及测试数据可以看出，该机52l i瓣 魃组噪声频谱是宽频噪声，噪声的主要频率分量在 125-3000 Hz l范围内，特别是 125 250 Hz以及 2000-2500 Hz 2个频率段 。

处于这个范围的噪声，涵盖了低频、中频和高频段，人耳最为敏感。 ；5 结语本文提出了基于利用 Lab-view软件开发设计的噪声测试 ；虚拟仪器系统，从中探索虚拟仪器在压缩机噪声测试中的实 ；际应用 ，取得了 良好 的效果 。

采用 Labview和基于 PC的移动 j数据采集卡构造虚拟仪器进行噪声测试，不仅节省了程序开发时间，而且它的拈化编程使程序的扩展很方便，从而实 ；现噪声信号的采集和分析，同时也为以后添加新的功能拈提供了便利。 j本测试系统具有 比较完善的数据实时采集、调理和分析功能，并提供了友好的人机对话界面，具有简洁、灵活和快捷等特点，不仅可用于压缩机的某个性能指标的测试，而且通过扩展可用于几乎涵盖压缩机所有性能参数的检测。所以，对于集成的虚拟测试仪器的研究和开发，不仅具有重要的科学价值，而且也可为企业带来巨大的经济效益，这也是未来自动化测试的-个发展方向。