航天
航空
核工业
船舶
兵器
军事电子
综合
可靠性
仪器仪表
自动化
电子元器件
电容器、LC滤波器 电阻器、电位器 PCB电路板 真空电子器件 连接器 二极管、晶体管半导体 集成电路和微电子组件 LED系列产品 光电器件 光学材料与光电元器件 继电器 电感元件 集成电路和微电子组件 频率控制和频率选择元件 电子设备用机电元件 电子材料 广播电视制作、播出、发射和传输设备 其它
传感器
光纤传感器 光电传感器 压力传感器 热学量传感器 物位测量系列 声学量传感器 流量传感器 湿度传感器 气体传感器 电学量传感器 速度传感器 力传感器 位置传感器 位移传感器 光学量传感器 加速度传感器 尺度传感器 磁学量传感器 其它传感器
电工器材
电线、电缆 开关电线 插头、插座 电动机 绝缘材料 低压电器 高压电器 防雷及电涌保护器 室内外照明设备 便携式照明设备 灯泡、灯座、整流器 其他
电源
EPS消防应急电源 UPS不间断电源 稳压电源 变频电源 净化电源 特种电源 发电机组 开关电源(AC/DC) 逆变电源(DC/AC) 模块电源(DC/DC) 电池 其它电源产品
通用机械
轴承 密封件 紧固件、连接件 弹簧 泵及真空设备 阀门 齿轮、蜗杆、链传动件 减速箱 气动元件 液压元件 过滤件 工业皮带 清洗、清理设备 制冷设备 电热设备 涂装设备 仓储设备 干燥设备 混合设备 其它未分类
行业设备
机床 机床配附件 塑料机械 包装设备 电焊、切割设备 印刷设备 环保设备 焊接材料与附件 电子产品制造设备 化工设备 铸造及热处理设备 冶炼设备 橡胶机械 玻璃加工设备 试验机 储运设备 过滤设备 空气净化装置 检测设备 安全、防护、消防设备 其它
当前位置:方案 » 船舶解决方案 » 正文

基于研华PCI-1714的船舶噪声监测分析系统

点击图片查看原图
  • 发布日期:2011-01-07 13:23
  • 有效期至:长期有效
  • 方案区域:广东湛江市
  • 浏览次数2864
  • 留言咨询
 
详细说明

1 引言
从某种意义上讲,船舶的辐射噪声的强弱对其自身的安全有着极其重要的影响,因此船舶辐射噪声的测量一直倍受关注,在过去的几年内,由于受工业控制计算机(IPC)的运算速度,可靠性以及A/D采集卡的采集速率的限制以及采集设备本身的抗信号混叠特性的制约,使得船舶辐射噪声测量是一件极其复杂的工作。即使能从欧美等先进的国家能进口到高速采集卡,但由于其配套的应用软件极其昂贵,同时高速采集卡也是价格不菲,往往使使用单位和船舶噪声监测设备的研发单位望尘莫及。随着我国工业控制技术的飞速发展,我国的IPC研发能力以及高速采集卡的研制设计能力也得到了长足的发展。研华公司的高速数据采集卡PCI-1714由于数据采集速度高,可达30MS/s,同时具有较高的信号抗混叠特性,可满足现代船舶辐射噪声测量的要求,本文将介绍采用研华的ACP-4001工业控制计算机30MS/s数据采集速度的模拟量采集卡PCI-1714、CANbus通信卡以及数字量输入/输出卡PCI-1730,并利用现代数字信号处理技术;小波分析方法,在Windows2000 professional操作系统下,开发的一套船舶的辐射噪声监测系统。由于研华的DAQ设备性价比较高,使得在系统程序设计上节省了大量的时间,同时也节省了大量的硬件成本。

2 系统解决方法
2.1 系统架构与集成

整个船舶辐射噪声监测系统以ACP-4001 IPC为核心,PCI-1714高速采集卡实时采集传声器的信号,PCI-1730继电器输入/输出卡实时监控各种继电器的闭合状态,并采用CANBUS通信卡PCI-1680将有关状态参数与船舶中控室的船舶服务器交换数据。系统架构图见图1所示。
 


图1 船舶噪声监测系统架构图


系统的工作原理为;系统经过B&K公司的声压传声器4179和2660前置放大器将船舶噪声放大、整形后送入高速数据采集卡PCI-1714的4个通道,同时PCI-1730实时控制各种继电器、接触器来控制传声器4179和2660前置放大器的关与闭,A/D转换器以5MS/s采样,分别同步采集4路声音信号,处理器每连续采集20480个取样数据为一帧信息,然后进行小波变换以及功率谱分析。IPC将分析后的结果通过CAN上传到船舶中控室的控制服务器,然后待船长发出控制命令,控制船舶的辐射噪声。

由于需要采集的数据量很大,同时还要进行数据的实时处理等工作,这样就要求高速数据采集时不能过多占用CPU资源,因此采集的数据采用DMA数据传输方式及相应的中断控制。由于PCI-1714的PCI总线控制器工作在主控模式下,借助PCI总线高带宽、低延迟的特性,经DMA数据传输,将采集的数据从FIFO中读出后直接送至计算机内存,配合设备驱动程序及上层应用程序对结果进行分析、处理、显示和存储,整个传输过程无需CPU干预,完全由硬件来实现,有效地提高了数据的传输速率。这样,采用DMA方式进行大段数据传输,采样周期由板卡严格控制,避免了由于软件系统时间控制的不精确而产生的信号失真。系统可以在样本采集的同时进行其他工作,增加了系统的灵活性。

2.2 高速数据采集卡PCI-1714特性
PCI-1714是Advantech公司推出的一款专用于对设备噪声、振动等信号监测而具有极高速数据采集和较大的数据吞吐能力的DAQ设备,ADC的转换分辨率为12bit、每路ADC均有独立的采样/保持器,且有32k 双端口RAM的FIFO,适合于作高速数据采集与分析的系统。基于PCI总线的专用于声音与振动测试的高速数据采集板卡PCI-1714,其特性为;
(1) 单通道最高采样速率可达30MS/s;
(2) 四路12bit分辨率的A/D,内含4个独立模拟数字转换器(ADC),可使4个通道同步采样;
(3) 内建可容纳32kB的FIFO,在做极速采样时,有足够的缓冲区可供暂存,以维持数据采集的速度及完整性;
(4) 提供多种输入范围;包含±5V、±2.5V、±1V、±0.5V等;
(5) 研华专属的板卡装置识别码(Board ID),当同时插入多张板卡时,可做硬件组态设定,轻易辨识每张板卡,可以到达PnP的目的;
(6) 多种触发模式,可根据需求自行设定。包含软件触发、Pacer-Trigger、Post-Trigger、Pre-Trigger、Delay-Trigger;
(7) PCI为主模式,提高了数据吞吐的速率。

2.3 LabVIEW下的编程
开发基于LabVIEW的工业监控软件的结构主要包含2个层次;用户应用程序和设备驱动程序。
用户应用程序是用户为实现特定的目的而编写的程序;

设备驱动程序是联系用户应用程序与底层硬件设备的基础,这是合理使用DAQ设备实现准确监控的基础,每一种设备驱动程序都是为增加编程灵活性和提高数据吞吐量而设计的。目前研华推出了完全兼容LabVIEW6i的DAQ驱动,不仅简化了编程环境,同时缩短了程序设计的周期。LabVIEW6i 具有模块化的开放式系统结构。其软件功能包括实时数据库、历史趋势、报警和事件记录、设备连接性、系统配置工具,以及G图形化编程语言,可以利用它将各个软件功能块组合起来,开发出HMI(Human Machine Interface)以及控制应用程序。LabVIEW具有较强的信息处理的能力,但是对于复杂的大量的数据处理与分析,其功能是有限的。我们在LabVIEW6i专业版的基础上添加了LabVIEW环境下的Sound and Vibration Toolset(声音与振动)附加组件,并采用小波分析方法,对实时分析所采集得到的船舶辐射噪声进行特征分析。

2.4 小波理论分析
由于船舶的辐射噪声属于非平稳信号,传统上,处理非平稳信号的方法以Fourier分析和数字滤波技术为基础,概括起来有;
(1) 通过选择适当的窗函数,将非平稳信号分割为准平稳信号进行处理;
(2) 分析信号周期中的单一信号成分,并进行周期平均;
(3) 变频采样(迹跟踪测量)分析。

从1948年滑动窗Fourier变换被采用,到1980年Classen将Wigner分别引入时频分析,再到20世纪80年代中期出现小波理论,人们才得意深入研究非平稳信号的处理。近年来提出的小波分析的窗函数拥有良好的时频分辨率,在提取非平稳信号的特征方面具有优良的性质。

[page]

常规的FFT变化难以取得其特征信号,为了实时了解船舶的辐射噪声,采用了目前对非平稳信号进行数字信号较为成熟的技术;小波分析。小波分析属于时频分析的一种。传统的信号分析是建立在Fourier变换基础上的,由于Fourier分析使用的是一种全局的变换,要么完全在时域,要么完全在频域,因此无法表述信号的时频局域性质。为了分析和处理非稳定信号,人们对Fourier分析进行了推广,提出和发展了一系列新的信号分析理论;Gabor变换(加窗Fourier变换)、时频分析、小波变换等。但从本质上讲,短时Fourier变换和Fourier变换都是一种单一分辨率的信号分析方法,因为它们使用的是一个固定的窗函数,因而在信号分析上还是存在着不可逾越的缺陷。小波分析是一种时间-尺度(时间-频率)的分析方法,它具有多分辨率的特点,而且在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。从总体上来说,传统上使用Fourier分析的地方,都可以用小波分析来取代。采用小波分析的噪声信号的流程见图2所示。
 


图2 基于小波分析的噪声信号处理流程



2.5 效应分析
本系统与其他船舶辐射噪声测试系统相比较,具有测试手段先进、由于采用了性价比高的PCI-1714以及Windows操作系统与LabVIEW编程环境,使得图形输出与保存变得轻松自得,测试结果如图3所示。同时在系统程序设计上节省了大量的时间,同时也节省了大量的硬件成本。使用研华的DAQ设备,并配合LabVIEW使用,可以提高经济效益,降低系统开发成本,提高系统可靠性和稳定性较高。
 


图3 测试结果显示



3 结束语
在船舶辐射噪声实时监测系统开发过程中,由于采用了研华的高速数据采集DAQ设备PCI-1714,使得系统的实时性和真实性得到保证,同时由于其DAQ的较高的性价比,使得系统开发成本得以下降,其免费的与LabVIEW完全兼容的DAQ驱程,使得系统软件的开发周期得以缩短,提高了系统的经济效益。

参考文献
[1> PCI-1714 handbook[Z>. ADLINK,2003.
[2> LabVIEW6i handbook[Z>. NI.
[3> 张海生等.微型计算机控制技术[M>. 北京:清华大学出版社,2000.

作者简介
刘素一 女 博士 主要从事嵌入式控制系统、数字信号处理、先进的数字滤波算法等方面的研究。

 
0条 [查看全部]  相关评论

公司信息







该企业最新方案
在线客服

0759-2216160

微信公众号
© 2008-2017 运营商: 湛江市东龙网络科技有限公司 国防科技网 广东通信管理局备案:粤ICP备13001948号-2
全国公安机关 备案信息 可信网站不良举报 文明转播