一种基于虚拟仪器的音叉谐振频率快速测量方法

摘要

本发明属于测试测量的技术领域。一种基于功率谱分析的音叉谐振频率快速测量方法，其特征是音叉在有色噪声信号的激励下起振，采集音叉输出的端信号，再对采集回来的信号进行滤波和频谱分析。由频谱分析可以快速计算出音叉的谐振频率。测量系统由通用计算机、智能测量软件、专业声卡组成。智能测量软件通过驱动专业声卡产生指定带宽和幅值的有色噪声信号，该信号作为音叉输入端激励信号，然后通过专业声卡采集得到音叉输出端信号。通过功率谱分析，谱峰所对应的频率即为音叉的谐振频率。本发明基于通用计算机平台，以声卡作为数据采集卡，运用LabVIEW虚拟仪器平台技术编写智能测量软件。

主权项

1.一种基于虚拟仪器的音叉谐振频率快速测量方法，其特征在于：该测量装置包括计算机、智能测量软件和声卡；智能测量软件通过驱动声卡产生指定带宽和幅值的有色噪声信号，该信号作为音叉输入端激励信号，声卡数据采集通道采集得到相关数据；计算机上的智能测量软件通过数值计算、数字滤波处理、自功率谱分析测量音叉的谐振频率；所述的智能测量软件是在LABVIEW环境中编写的，包括配置声音输出和输入、产生高斯白噪声波形、Butterworth滤波器、写入声音输出与读取声音输入和自功率谱分析；具体如下：(1)配置声音输出和输入：配置声卡的每通道采样总数、采样模式、设备ID、采样率、通道数和每采样比特数；通过以上步骤，配置一个生成数据的声音输出和输入设备；(2)产生均匀白噪声波形：通过配置采样率、采样数和幅值生成一个均匀分布的伪随机波形信号；(3)Butterworth滤波器：通过调用Butterworth系数模块，根据实际需要设计生成一个目标带宽的数字Butterworth滤波器；均匀白噪声波形信号通过该数字滤波器及得到目标带宽有色噪声信号；(4)写入声音输出与读取声音输入：目标带宽有色噪声信号数据写入声音输出设备，同时从声音输入设备读取待分析的音叉输出端输出数据；(5)自功率谱分析：对音叉输出端输出信号进行时域信号的自功率谱计算；该模块使用下列等式计算功率谱：其中N是信号中点的个数，*是复共轭，该模块再把功率谱转换为一个单边功率谱；通过产生指定带宽和幅值的有色噪声信号用来激励音叉，音叉在多种频率分量下受激励后起振，频率成份接近音叉固有频率的噪声信号对音叉的起振起到明显的激励作用；通过采集音叉输出端信号，对采集回来的信号进行数字信号处理，包括：数字滤波、自功率谱分析，即可找到功率谱峰值点处对应的频率，即音叉的谐振频率；采用有色噪声，带宽的取值范围包括被测音叉的谐振频率；最后，通过提取最大功率点处的频率快速测量出音叉的固有频率。