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随着社会的发展和科学技术的进步,现代社会对测量仪器的需求越来越广,对仪器的性能要求也越来越高。传统的电子测量仪器由于其功能单一,体积庞大,已经很难满足实际工作的需要。以虚拟仪器为代表的新型测量仪器改变了传统仪器的思想,它充分利用计算机强大的软硬件功能,把计算机技术和测量技术紧密结合起来了。按硬件构成方式,虚拟仪器系统可有不同的组建方案。其中,PC-DAQ式虚拟仪器自动测试系统是由传感器、信号调理器、数据采集硬件、基于通用计算机的控制软件等基本要素构成的。软件是虚拟仪器的关键。
本文设计并实现了一个基于PC机声卡的双通道无线数据采集系统。该系统是一个PC-DAQ式系统,其信号传输采用无线传输方式,其软件部分——虚拟仪器(VirtualInstrument,简称VI)程序在LabVIEW平台上开发实现。
本文主要讨论以下两个方面的内容:一是硬件方面,对信号进行调理,包括信号在无线传输前的调理和送入计算机声卡前的调理;二是软件方面,控制数据采集,并对采集到计算机的数据进行分析、处理和显示。
该系统采样率可达44.1KHz,分辨率为16位,能实现两路信号的实时采集,并进行实时的频域分析,也可以从数据文件中读取一段数据进行非实时的时域及频域分析。时域分析包括两通道信号各自的频率、幅度,以及两路信号的加、减、乘和李萨如图;频域分析包括各自的幅度谱、相位谱、实部频谱、虚部频谱、功率谱,以及两路信号的互功率谱、频率响应函数和相干函数。
实验结果表明,该系统对于一般的音频范围内信号的分析能力较好。比如对于22Hz到22KHz的信号,该系统均能进行实时的采样与分析,同时也能进行非实时的分析;但是对于接近于直流的低频信号分析能力较差,比如22Hz以下的信号,可以进行实时的采样,但是不能进行实时的分析,也不能进行非实时的时域分析,但可以进行非实时的频域分析,要求是分析的数据长度要足够长(至少一个周期的数据)。
该无线数据采集系统主要有以下两个优点:
一是整个数据采集系统中信号采用无线传输方式。采用这一方式的好处是使数据采集比较方便灵活,不受具体线路的限制。特别是在数据采集现场有危险的时候,人不宜留在现场,采用该系统比较方便、安全。
二是采用LabVIEW开发适合数据采集控制的虚拟仪器,它能实现对音频范围内信号的采集,对采集到的信号进行各种数学分析处理,将结果直观的显示在前面板上,并可对采集的数据进行存储,以供日后分析使用。用户可以根据实际需要拓展该虚拟仪器的功能,拓展其功能比较简单,只需修改相应的软件即可。
该系统也有不足之处,由于采用了声卡做数据采集卡,其声卡的功能决定了该系统只能采集音频范围内信号,如果需要采集更宽范围内的信号,则要更换相应的硬件——信号调理器、无线收发装置和数据采集卡。
总之,整个系统是一个成本低、控制容易、有较高采样精度、使用方便灵活的数据采集系统,它可应用于所有需要采集音频范围内信号(声音、脉搏、地震波、心电、脑电)的相关领域。