選擇可攜式聲音及振動量測系統時必問的 10 個問題

有許多聲音及振動量測必須在工廠、在載具上，或是在實驗室以外的地方進行。這類應用包括汽車加速噪音測試 (Pass-by Noise Testing)、飛機機艙聲音，以及環境噪音監測。就這些應用而言，系統的可攜性必須和正確的量測效能取得平衡；而傳統的量測系統迫使使用者必須犧牲可攜性或效能。在這裡您可以看到如何配置符合應用需求的系統。 配置範例

• 超高可攜性：USB-9233配合筆記型電腦──以匯流排提供電力，24位元，4通道動態訊號擷取模組，取樣頻率最高達50 kS/s，重量不到一磅，具備內建IEPE供加速規和麥克風使用。適用於需要最大可攜性的應用。
• 最高32個通道，可彈性配置的I/O：CompactRIO或CompactDAQ-9233配合筆記型電腦──這些系統使用DC電源，提供安靜的操作，同時仍然極具可攜性。使用USB (CompactDAQ)或乙太網路(CompactRIO)連接至您的筆記型電腦，並選擇溫度、壓力、張力及其它應用的模組。
• 最大效能：PXI-446x或447x配合ExpressCard MXI筆記型電腦連結──NI 446x及447x設備提供同等級中最佳的動態範圍和輸入訊號頻寬，以及極高速的ExpressCard，提供極致的高速資料通量和資料記錄。

National Instruments提供多種工具，可用於建立可攜式的聲音及振動測量系統。您可以根據系統的需求，使用許多不同的軟硬體組合。以下是您在選擇可攜式量測系統的最佳NI硬體及軟體組時，應該提出的十個問題。

使用那一種感測器？

在大部份的聲音與振動應用中，經常進行測量的訊號是加速度、位移，以及聲壓。一般來說，用於測量這些參數的感測器分別為加速規、位移計(proximity probe)，以及麥克風。很顯然地，感測器類型決定了您所選擇的硬體，並導致以下關於硬體的問題：

* 需要何種訊號處理？
* 感測器的頻率範圍為何？
* 感測器需要多大的動態範圍？

您的應用是否需要額外的非聲音與振動量測，例如溫度、壓力，或張力？若是如此，您應該考慮具備不同I/O產品的平台，這樣才能在單一系統中擷取所有的資料。 

 需要何種訊號處理？

在被資料擷取硬體數位化之前，來自感測器的訊號幾乎都需要某種型式的訊號處理，例如放大、濾波、感測器激發，以及輸入組態設定。NI有許多硬體產品內建電壓模式或整合式電子壓電(Integrated Electronic Piezoelectric, IEPE)、固定電流功率、麥克風及加速規的激發。同時，您的應用程式可能也需要能夠從智慧型感測器或感測器電子資料表(Transducer Electronic Data Sheets, TEDS)讀取資料的能力。以下的表格說明各種NI產品提供的各種訊號處理選項的規格值。

 

產品	IEPE	失真排除(Alias Rejection)	AC耦合(Coupling)	輸入組態設定	增益(Gain)	TEDS
4461	4 或10 mA	-120 dBc	3.4 Hz	差動式(Differential) /準差動式(Pseudo-differential)	-20至+30 dB，增值10 dB	是（限PCI）
4462	4 或10 mA	-120 dBc	3.4 Hz	差動式／準差動式	-20至+30 dB，增值10 dB	是
4472	4 mA	-110 dBc	3.4 Hz or 0.5 Hz	準差動式	-	-
4474	4 mA	-110 dBc	3.4 Hz	準差動式	-	-
USB-9233	2 mA	-92 dBc	0.5 Hz	準差動式	-	-
9233 ，供CompactDAQ / CompactRIO使用	2 mA	-92 dBc	0.5 Hz	準差動式	-	是（限CompactRIO）

欲 使用的頻率範圍為何？

所有感測器都有一個操作的頻率範圍。您的感測器應該具備足夠的頻率範圍，能夠涵蓋欲使用的頻率範圍。同樣地，您的數位化硬體也應該具備足夠的頻率範圍，以涵蓋欲測量的訊號。為了避免失真(aliasing)，NI產品具備反失真濾波器，根據奈奎斯特取樣定律，將設備的最大頻率範圍切割為略低於最大取樣速率的二分之一。以下是NI設備及其最大頻率範圍的表格。

 

產品	類比輸入取樣速率	輸入訊號頻寬
4461	204.8 kS/s	92 kHz
4462	204.8 kS/s	92 kHz
4472	102.4 kS/s	47 kHz
4474	102.4 kS/s	47 kHz
USB-9233	50 kS/s	21 kHz
9233 供CompactDAQ / CompactRIO使用	50 kS/s	21 kHz

 需要的動態範圍為何？

動態範圍是指相對於裝置能夠測量的最大輸入訊號而言，您所能測量的最小訊號，。動態範圍以分貝來表示，相當於20 log (Vmax/Vmin)。舉例來說，NI 4472的輸入範圍是±10 V，動態範圍大於110 dB，電壓比例為106。因此，在最大訊號為10V的情況下，您在NI 4472上能夠看到的最小訊號是10 ?V。因此，在判斷系統的需求時，輸入範圍和指定的動態範圍是很重要的。以下是NI裝置、其輸入範圍，以及動態範圍的表格。

產品	動態範圍	輸入範圍
4461	118 dB	+/- 316 mV 至42 V
4462	118 dB	+/- 316 mV 至42 V
4472	110 dB	+/- 10 V
4474	110 dB	+/- 10 V
USB-9233	102 dB	+/- 5 V
9233 ，供CompactDAQ / CompactRIO使用	102 dB	+/- 5 V

請注意，446x裝置具備多個輸入範圍設定（增益和衰減階段），使它擁有不同強度的動態範圍。

需要幾個類比輸入及輸出通道？

根據應用需求，聲音與振動應用程式需要不同數量的類比輸入輸出。利用NI提供的工具，只需增加更多的設備，就可以將系統擴充至您所選擇的通道數量。舉例來說，使用NI 4472時，以其八個輸入通道而言，您可以用14部模組裝滿有18個插槽的PXI機箱，獲得112個類比輸入通道。此外，您可以將多個機箱同步化，最高可達5,000個通道。下表說明每種NI設備提供的通道數。

產品	同步化的類比輸通道			類比輸入通道（單一模組）
	單一模組	單一機箱	系統
4461	2	34	1250	2
4462	4	68	2500	-
4472	8	112	5000	-
4474	4	20	-	-
USB-9233	4	-	-	-
9233 供CompactDAQ / CompactRIO使用	4	32	-	-

請注意，基於熱度和冷卻的問題，建議您不要在標準的桌上型電腦上使用三個以上的PCI設備。您可以在符合冷卻和電力需求的工業用電腦上使用三部以上的設備，。

除了供麥克風和加速規使用的輸入埠之外，PXI、CompactDAQ、以及CompactRIO平台亦提供一系列的量測模組，供非聲音與振動I/O使用。其中一部份的測量類型包括：

* 溫度──熱電偶，RTD，熱敏電阻
* 壓力
* 應力──使用bridge completion
* RF──最高達2.7 GHz的訊號
* DC，電阻──7 ?位數DMMs
* CAN和其它的汽車通訊

系統需要安靜地運作嗎？

USB-9233、CompactDAQ，以及CompactRIO系統都沒有會移動的零件，表示它們不會有來自冷卻風扇或其它物件的額外噪音。但是PXI系統使用冷卻風扇，以滿足較高效能的類比I/O的電力需求。

如何為儀器提供電力？

USB-9233直接由電腦的USB埠供電，量測設備或IEPE感測器都不需要外接電源。需要載具內量測的聲音與振動應用程式多半可以使用DC電源。CompactDAQ和CompactRIO平台都使用DC電源(11-30 VDC)，PXI系統則提供AC/DC的可選擇電源。

 需要那些量測和分析？

NI提供多種軟體工具，用於分析擷取到的訊號。您的應用程式可能需要頻譜分析(power spectrum)、倍頻分析(octave analysis)或階次分析(order analysis)等等。LabVIEW提供多種頻率測量和分析工具，供各種應用所需。LabVIEW聲音與振動工具組以及LabVIEW階次分析工具組(Order Analysis Toolkit)都是LabVIEW的附加軟體套件，提供應用專用的分析功能。下圖說明您可以使用各種軟體執行的分析類型。

 

測量	LabVIEW PDS & FDS	聲音與振動工具組4.0	階次分析工具組2.1
FFT分析	ü	þ
Zoom FFT		þ
Subset FFT		þ
短時傅利葉轉換(Short-time Fourier transform, STFT)		þ
頻率響應(Frequency Response) (FRF)	ü	þ
粉紅噪音(Pink Noise)		þ
衝擊響應譜(Shock Response Spectrum, SRS)		þ
峰值搜尋(Peak search)		þ	ü
聲音強度		þ
振動強度		þ	ü
1/n倍頻(Octave)		þ
加權濾波器(Weighting Filters)		þ
積分(Integration)	ü	þ	ü
諧波(Harmonics)	ü	þ
失真(THD, SINAD)	ü	þ
互調失真(Intermodulation Distortion) IMD)		þ
THD + N		þ
SNR	ü	þ
數位濾波器	þ	þ
音調偵測(Tone Detection)	ü	þ
掃瞄正弦(Swept Sine)		þ
限制測試(Limit Testing)	þ	þ	ü
無雜波動態範圍(Spurious Free Dynamic Range, SFDR)		þ
串音(Crosstalk)		þ
流速計處理(Tachometer Processing)			þ
階次功率頻譜(Order Power Spectrum)			þ
階次追蹤(Order Tracking)			þ
階次抽取(Order Extraction)			þ
角度重新取樣(Angular Resampling)			þ
瀑布圖(Waterfall Plot)		þ	þ
軌道與軸中心線圖(Orbit & Shaft Centerline Plot)			þ
極化圖及波德圖(Polar & Bode plots)	ü	þ	þ

至www.ni.com/trysv，直接於線上試用聲音與振動工具組及階次分析工具組。

會連接到電腦（桌上型或筆記型），還是需要把資料記錄於獨立儀器上，稍後才提取資料？

PXI和CompactRIO系統具備內建儲存及處理功能，因此可以在不連接至筆記型或其它電腦的情況下使用。具備嵌入式控制器的PXI系統使用Pentium級處理器，以及40 GB以上的硬碟，供長時間資料儲存之用。但是，USB和CompactDAQ系統必須連接筆記型電腦，以儲存資料及控制儀器。PXI和CompactRIO系統可以使用ExpressCard、Cardbus或乙太網路連線進行組態設定，也可作為由筆記型電腦控制的儀控系統。

無論您是否連接至電腦，都必須決定您需要多大的處理能力和磁碟容量。舉例來說，有些應用可能需要即時分析，其它的應用則需要不斷地將資料串流至磁碟。在過去幾年裡，筆記型電腦的效能獲得大幅度的提升。現在您可以訂購立即可用的筆記型電腦，配備100 GB以上的serial ATA (SATA)硬碟，擁有超高速的寫入速度及雙核心處理器，供要求最高的應用使用。

它的價位多少？

在選擇任何類型的聲音與振動量測系統時，這是一個非常重要的問題。我們提供的工具讓您能夠以傳統聲音與振動量測系統的小部份價格來組裝系統。而您的系統的價格視您使用的元件而定。請光臨ni.com/soundandvibration，以了解各產品的價格。我們提供大量的工具，供聲音與振動量測系統使用。您的系統可以使用現有的硬體及應用程式軟體，配合應用需求而具備擴充性、彈性，以及客製性。