虚拟仪器的汽车空调噪声测试软件设计
虚拟仪器的汽车空调噪声测试软件设计电气与自动化工程[20200121193744]
摘 要
作为新兴的一种测量仪器，虚拟仪器具有传统仪器不能比拟的优点，凭借着灵活性强、可重用性强和成本低等优势，虚拟仪器系统在汽车测试领域占有越来越高的比重。
通过对汽车空调压缩机工作时发出的噪声的分析,可判断压缩机工作是否正常。本设计基于虚拟仪器技术，利用NI CompactDAQ系统及NI USB-9234模块，结合LabVIEW软件来设计噪声测试系统。汽车空调压缩机在运转工程中产生噪声，噪声信号经由NI 9234模块采集并转换之后，输入到计算机中，然后利用软件程序对声音波形进行实时显示、保存和分析等处理，通过观察噪声声压值的波动状况，达到判断工件正常或异常的目的。
本文首先介绍了研究基于虚拟仪器技术的噪声测试分析系统的目的、意义和研究现状，然后对虚拟仪器和LabVIEW软件进行了简要介绍，随后介绍了系统中用到的各种硬件，重点是NI USB-9234模块。之后具体分析了软件部分的构成，对数据采集、数据实时显示、数据保存、数据分析等主要模块的设计思路进行了介绍。最后经过调试和测试，本设计达到了设计目标，实现了通过噪声分析鉴别异常工件的功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:虚拟仪器技术；噪声信号；数据采集；LabVIEW
目 录
1 绪 论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 噪声测试分析技术的国内外发展现状 2
1.3 课题研究的主要内容 3
2 虚拟仪器及LabVIEW简介 4
2.1 虚拟仪器的简介 4
2.1.1 虚拟仪器的概念 4
2.1.2 虚拟仪器技术的特点 5
2.1.3 虚拟仪器的应用 5
2.1.4 虚拟仪器的发展趋势 6
2.2 LabVIEW的简介 6
2.2.1 LabVIEW的概念 6
2.2.2 LabVIEW程序的构成 7
2.3 本章小结 8
3 系统设计方案 9
3.1 系统设计方案 9
3.2 噪声信号的采集方案 9
3.2.1 数据采集卡的定义与分类 10
3.2.2 采样定理 10
3.2.3 DAQmx-数据采集VI介绍 10
3.3 噪声信号分析方法 12
3.3.1 声压级 12
3.3.2 计权 13
3.3.3 1/3倍频程 13
4 系统的硬件介绍 14
4.1 NI CompactDAQ系统 14
4.2 IEPE麦克风 14
4.3 NI USB-9234模块 15
4.3.1 概览 15
4.3.2 连接NI USB-9234 15
4.3.3 NI USB-9234滤波 16
4.3.4 NI USB-9234的采样率 16
4.4 CompactDAQ 机箱 16
5 系统的软件设计 19
5.1 软件各工作模块 19
5.2 噪声测试 20
5.3 数据实时显示 22
5.3.1 数据实时显示的实现方法 22
5.3.2 获取加权声压值和1/3倍频程数据子VI 24
5.4 录音过程和数据存储 25
5.4.1 生产者/消费者设计模式 25
5.4.2 录音过程 27
5.4.3 数据存储 28
5.5 数据分析 29
5.6 历史数据回放 31
5.7 结论 32
6 总 结 33
参考文献 34
致 谢 35
1 绪 论
1.1 研究背景和意义
随着时代的发展，人们的生活水平不断提高，汽车已经普及，而人们对汽车舒适性要求不断提高，汽车空调已成为标准配置。空调是一种调节室内空气的温度、湿度、清洁度的电器。汽车空调与家用空调在工作原理上基本是相同的，都由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、制冷剂、干燥过滤器等构成，但作为汽车上的设备，汽车空调有着自己的一些特点。比如，大部分汽车空调的动力来源于汽车发动机，利用电磁离合器的吸合控制空调压缩机工作，随着车速的变化，压缩机旋转速度也在变化，因此汽车上多采用可变排量压缩机；工作环境温度高、振动大，对可靠性要求高；汽车空间有限，要求压缩机体积小、效率高、性能可靠。
尽管汽车空调和家用空调存在着一些区别，但不论是汽车空调还是家用空调，空调压缩机都是制冷系统的心脏，所以如果汽车空调压缩机发生故障，必将影响整个空调系统，导致异响、振动、制冷剂泄露乃至压缩机不工作等现象，严重影响车内的舒适性，甚至引发安全隐患。综上所述，汽车空调压缩机的出厂检测非常重要。
以往人们主要从两个方面进行检测工作，一是对压缩机内电机绕组，电阻值及绕组的接线控制端子进行确认。二是对曲轴箱内的机械部分进行检查。这种检测方法费时费力，关键是对于一些故障难以检测。近几年，逐步兴起了一种利用噪声分析进行检测的方法，这种方法为汽车空调压缩机的检测提供了便利。
噪声，就是我们所说的噪音，是由声源进行不规则的振动发生的。而在汽车系统中，包含着各种噪声，比如汽车发动机运转产生的噪声，汽车排气系统产生的噪声，汽车空调压缩机运转时发出的噪声等等，如果这些噪声超出了标准，将严重影响环境和车内人们的身心健康。汽车噪声从另一方面也反映了汽车各系统的运转情况，一般情况下，如果汽车系统运转时噪声过大或噪声不规则，则说明该系统在运转过程中很可能存在故障，本设计正是利用这一原理，通过噪声分析，判断汽车系统中某个部件是否合格。利用噪声分析测试的方式，企业能够节省大量的人力、物力和财力，仅需要较短的时间就能够找出异常工件，而不用花费过多的精力去进行细致的排查。
在过去，常用的噪声信号分析系统，主要依靠专用电气仪器进行声音的分析处理，而这种传统的测试技术存在着一些难以解决的问题，比如开发与维护的费用高、技术更新周期长、价格高等。随着时代的发展和科技的进步，在对声音信号进行测试和分析的领域里，新兴了一个发展方向--使用计算机对声音信号进行测试和分析，同时产生了一种新型的测量仪器—虚拟测量仪器。
本课题便是基于虚拟仪器技术并利用LabVIEW软件，架构噪声信号的测试分析系统，并且将该系统实际应用到汽车空调压缩机的运行状态监视上。通过对汽车空调压缩机在运转工程中产生的噪声信号进行采集、分析判断空调压缩机是否合格，安装是否正确，进而达到出厂检测的目的。
1.2 噪声测试分析技术的国内外发展现状
周易在《空调压缩机的噪声振动分析和问题解决》中分析了目前有关空调压缩机噪声控制的研究状况：在各大压缩机制造公司的研发机构，由于研制空调压缩机的需要大量的资金投入，现在世界上仅有极少数的某些国际著名的大公司能够进行，比如美国的COPELAND，日本的松下、东芝、三菱、日立等。这些公司的研发部门都在压缩机的噪声控制研究方面投入了巨额的资金，但是因为受到实用性批量生产要求的影响，试验探索和问题解决占据了研究工作中的重要地位，而理论分析部分没有被重视。在各大院校研究所或独立的研究所，虽然科技力量浑厚，在研究方案和理论分析上有着比较高的建树，但是鉴于空调压缩机研制本身的高投入和运转控制装置要求的限制，在涉及问题解决方面缺乏快速有效的手段。
刘明在《振动噪声测试分析系统的开发》一文中指出，利用振动噪声测试分析这一技术手段，能够轻松地对工厂生产的各种部件进行快速的检测和鉴别，这一新兴的技术开辟了一条新的检测途径。虽然噪声检测并不能定位工件的故障，但它可以快速有效地找出有故障或可能有故障的产品，节省了传统检测所需的大量成本。
李昊在《利用噪声分析进行检测技术的发展趋势》中提到，噪声分析检测技术使检测方式脱离了传统测量方法必须使用大量硬件设备的模式，仅仅凭借声音而不是电流、电压、阻值等繁杂的电气工业元素，就能够进行故障的检测。这项检测技术必然会稳步发展并在将来的工业检测领域占据重要地位，其发展也必将带动各种程序开发软件的进步。
摘 要
作为新兴的一种测量仪器，虚拟仪器具有传统仪器不能比拟的优点，凭借着灵活性强、可重用性强和成本低等优势，虚拟仪器系统在汽车测试领域占有越来越高的比重。
通过对汽车空调压缩机工作时发出的噪声的分析,可判断压缩机工作是否正常。本设计基于虚拟仪器技术，利用NI CompactDAQ系统及NI USB-9234模块，结合LabVIEW软件来设计噪声测试系统。汽车空调压缩机在运转工程中产生噪声，噪声信号经由NI 9234模块采集并转换之后，输入到计算机中，然后利用软件程序对声音波形进行实时显示、保存和分析等处理，通过观察噪声声压值的波动状况，达到判断工件正常或异常的目的。
本文首先介绍了研究基于虚拟仪器技术的噪声测试分析系统的目的、意义和研究现状，然后对虚拟仪器和LabVIEW软件进行了简要介绍，随后介绍了系统中用到的各种硬件，重点是NI USB-9234模块。之后具体分析了软件部分的构成，对数据采集、数据实时显示、数据保存、数据分析等主要模块的设计思路进行了介绍。最后经过调试和测试，本设计达到了设计目标，实现了通过噪声分析鉴别异常工件的功能。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:虚拟仪器技术；噪声信号；数据采集；LabVIEW
目 录
1 绪 论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 噪声测试分析技术的国内外发展现状 2
1.3 课题研究的主要内容 3
2 虚拟仪器及LabVIEW简介 4
2.1 虚拟仪器的简介 4
2.1.1 虚拟仪器的概念 4
2.1.2 虚拟仪器技术的特点 5
2.1.3 虚拟仪器的应用 5
2.1.4 虚拟仪器的发展趋势 6
2.2 LabVIEW的简介 6
2.2.1 LabVIEW的概念 6
2.2.2 LabVIEW程序的构成 7
2.3 本章小结 8
3 系统设计方案 9
3.1 系统设计方案 9
3.2 噪声信号的采集方案 9
3.2.1 数据采集卡的定义与分类 10
3.2.2 采样定理 10
3.2.3 DAQmx-数据采集VI介绍 10
3.3 噪声信号分析方法 12
3.3.1 声压级 12
3.3.2 计权 13
3.3.3 1/3倍频程 13
4 系统的硬件介绍 14
4.1 NI CompactDAQ系统 14
4.2 IEPE麦克风 14
4.3 NI USB-9234模块 15
4.3.1 概览 15
4.3.2 连接NI USB-9234 15
4.3.3 NI USB-9234滤波 16
4.3.4 NI USB-9234的采样率 16
4.4 CompactDAQ 机箱 16
5 系统的软件设计 19
5.1 软件各工作模块 19
5.2 噪声测试 20
5.3 数据实时显示 22
5.3.1 数据实时显示的实现方法 22
5.3.2 获取加权声压值和1/3倍频程数据子VI 24
5.4 录音过程和数据存储 25
5.4.1 生产者/消费者设计模式 25
5.4.2 录音过程 27
5.4.3 数据存储 28
5.5 数据分析 29
5.6 历史数据回放 31
5.7 结论 32
6 总 结 33
参考文献 34
致 谢 35
1 绪 论
1.1 研究背景和意义
随着时代的发展，人们的生活水平不断提高，汽车已经普及，而人们对汽车舒适性要求不断提高，汽车空调已成为标准配置。空调是一种调节室内空气的温度、湿度、清洁度的电器。汽车空调与家用空调在工作原理上基本是相同的，都由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、制冷剂、干燥过滤器等构成，但作为汽车上的设备，汽车空调有着自己的一些特点。比如，大部分汽车空调的动力来源于汽车发动机，利用电磁离合器的吸合控制空调压缩机工作，随着车速的变化，压缩机旋转速度也在变化，因此汽车上多采用可变排量压缩机；工作环境温度高、振动大，对可靠性要求高；汽车空间有限，要求压缩机体积小、效率高、性能可靠。
尽管汽车空调和家用空调存在着一些区别，但不论是汽车空调还是家用空调，空调压缩机都是制冷系统的心脏，所以如果汽车空调压缩机发生故障，必将影响整个空调系统，导致异响、振动、制冷剂泄露乃至压缩机不工作等现象，严重影响车内的舒适性，甚至引发安全隐患。综上所述，汽车空调压缩机的出厂检测非常重要。
以往人们主要从两个方面进行检测工作，一是对压缩机内电机绕组，电阻值及绕组的接线控制端子进行确认。二是对曲轴箱内的机械部分进行检查。这种检测方法费时费力，关键是对于一些故障难以检测。近几年，逐步兴起了一种利用噪声分析进行检测的方法，这种方法为汽车空调压缩机的检测提供了便利。
噪声，就是我们所说的噪音，是由声源进行不规则的振动发生的。而在汽车系统中，包含着各种噪声，比如汽车发动机运转产生的噪声，汽车排气系统产生的噪声，汽车空调压缩机运转时发出的噪声等等，如果这些噪声超出了标准，将严重影响环境和车内人们的身心健康。汽车噪声从另一方面也反映了汽车各系统的运转情况，一般情况下，如果汽车系统运转时噪声过大或噪声不规则，则说明该系统在运转过程中很可能存在故障，本设计正是利用这一原理，通过噪声分析，判断汽车系统中某个部件是否合格。利用噪声分析测试的方式，企业能够节省大量的人力、物力和财力，仅需要较短的时间就能够找出异常工件，而不用花费过多的精力去进行细致的排查。
在过去，常用的噪声信号分析系统，主要依靠专用电气仪器进行声音的分析处理，而这种传统的测试技术存在着一些难以解决的问题，比如开发与维护的费用高、技术更新周期长、价格高等。随着时代的发展和科技的进步，在对声音信号进行测试和分析的领域里，新兴了一个发展方向--使用计算机对声音信号进行测试和分析，同时产生了一种新型的测量仪器—虚拟测量仪器。
本课题便是基于虚拟仪器技术并利用LabVIEW软件，架构噪声信号的测试分析系统，并且将该系统实际应用到汽车空调压缩机的运行状态监视上。通过对汽车空调压缩机在运转工程中产生的噪声信号进行采集、分析判断空调压缩机是否合格，安装是否正确，进而达到出厂检测的目的。
1.2 噪声测试分析技术的国内外发展现状
周易在《空调压缩机的噪声振动分析和问题解决》中分析了目前有关空调压缩机噪声控制的研究状况：在各大压缩机制造公司的研发机构，由于研制空调压缩机的需要大量的资金投入，现在世界上仅有极少数的某些国际著名的大公司能够进行，比如美国的COPELAND，日本的松下、东芝、三菱、日立等。这些公司的研发部门都在压缩机的噪声控制研究方面投入了巨额的资金，但是因为受到实用性批量生产要求的影响，试验探索和问题解决占据了研究工作中的重要地位，而理论分析部分没有被重视。在各大院校研究所或独立的研究所，虽然科技力量浑厚，在研究方案和理论分析上有着比较高的建树，但是鉴于空调压缩机研制本身的高投入和运转控制装置要求的限制，在涉及问题解决方面缺乏快速有效的手段。
刘明在《振动噪声测试分析系统的开发》一文中指出，利用振动噪声测试分析这一技术手段，能够轻松地对工厂生产的各种部件进行快速的检测和鉴别，这一新兴的技术开辟了一条新的检测途径。虽然噪声检测并不能定位工件的故障，但它可以快速有效地找出有故障或可能有故障的产品，节省了传统检测所需的大量成本。
李昊在《利用噪声分析进行检测技术的发展趋势》中提到，噪声分析检测技术使检测方式脱离了传统测量方法必须使用大量硬件设备的模式，仅仅凭借声音而不是电流、电压、阻值等繁杂的电气工业元素，就能够进行故障的检测。这项检测技术必然会稳步发展并在将来的工业检测领域占据重要地位，其发展也必将带动各种程序开发软件的进步。
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