尹金花，马晓明，徐敏杰

（常州纺织服装职业技术学院，江苏 常州 213164）

基于LabVIEW的电机噪声测试与分析

尹金花，马晓明，徐敏杰

（常州纺织服装职业技术学院，江苏 常州 213164）

基于虚拟仪器LabVIEW，文章介绍了一种通过硬件与软件搭建建立永磁直流有刷电机噪声的测试系统，对电机运行时产生的噪声进行实时监控。该测试系统主要进行噪声信号的采集、波形的处理、特征量的提取、频谱的分析、数据的存储等，对噪声频谱分析初步判断出电机故障范围。

LabVIEW；噪声测试；信号采集

1 LabVIEW发展背景

随着计算机技术的快速发展，虚拟仪器LabVIEW具有简单、直观的编程方式，多样化的分析和表达功能，突破传统仪器的诸多限制，被广泛应用到各个领域。电机作为日常生产中不可或缺的动力装置，其运行时产生的噪声是不可忽视的。噪声为发声体在做无规律振动时产生的声音，是不被人接受的、是干扰人们的声音。从医学角度，声音不超过40分贝人体不受影响，声音超过90分贝就会对人的耳朵造成损害，噪音对人耳的损害与持续的时间以及强度成正比，人体长如果时间待在40～60分贝的环境里神经系统会受影响，这时噪声平均每升高3分贝，噪声能量就增强一倍。因此设定40分贝为本试验电机的合格依据，基于LabVIEW实时监控电机运行噪声，提取异常噪声频谱进行分析并初步判断电机产生噪音的大致部位和原因。

2 电机噪声分析

电机主要有转子、定子、轴承、端盖、电刷装置等组成。根据电机噪声产生的原理不同可分为机械噪声、电磁噪声以及空气动力噪声。机械噪声是轴承、电刷等零部件运转时产生的摩擦力、撞击力或非平衡力使机械部件振动产生的噪声。电磁噪声是旋转磁场交替变化引起机械部件或空间容积振动产生。空气动力噪声是由气流内部运动或与物体相互作用产生。

3 系统设计

根据声波衰减原理及声波的传送速度利用两个声压传感器通过电路搭建、软件编程将噪声中的特征量提取出来并分析比对。系统构成如图1所示。

3.1 硬件组成

电机噪声测试的主要硬件有声卡，分贝计、高灵敏麦克风和PC机等。

声卡又叫音频卡，能实现声波与数字信号互为转换，能将采集到的声音信号经过A/D转换成音频信号处理后再经D/A转换送入混频器中放大，最后输出。

分贝计又称声级计，噪音计，是最基本的噪声测量仪器。本测试系统采用的是希玛AR814高精度噪音计，主要由电容式传声器、放大器、衰减器、频率计网络和显示屏组成。它具有采样稳定、测量精准、性能优越等优点。

高灵敏麦克风具有频率响应宽、灵敏度高、失真小等特点。

图1 系统构成图

3.2 软件设计

采用图形化编程语言LabVIEW作为软件开发工具，将采集到的信号保存并进行时域和频域分析处理。程序框图、界面图和数据采集流程图分别如图2—4所示。

图2 程序框图

图3 界面图

图4 数据采集流程图

4 噪声测试

本系统采用双通道声卡进行噪声信号实时采集，对多组数据进行比对分析，经过多次实验论证，通过声波的频域图，提取特征量分析判断出噪声源。噪声定义的数学公式为：

式中：L为声压级；P为瞬时声压；P0为参考声压，在空气中p0=2× 10−5Pα；T为时间总量。

式中r1, r2为测试点与声源的距离，L1，L2分别为中r1, r2处的噪声值。

本测试用电机为转速2 800转/分，功率30 W的永磁直流有刷电机，麦克风距离电机10 mm左右，采样率约为22 kHz，对1 000台同一批次的电机进行抽样检测，为了数据的精确性，所有测试都应在静音室中完成，因条件限制本测试都在隔音房中进行，会有一定的环境噪声存在。根据声波特性抽取电机噪声波形计算出声压值，展开频域搜索极值抽取特征量。图5为随机抽取的时域波形和频域波形，低频是背景噪声。

图（a）中时域图可计算分析出声强，频域图的测试结果相对比较理想，可作为对比样本。图（b）频域图中1～1.2 kHz间有明显峰值，判断为机械噪声。图（c）频域图中800～1 300 Hz间有明显峰值，判断为机械噪声。

图5 时域、频域波形图

5 结语

电机产生的噪声非常复杂，实时监测的噪声信号也不是稳定信号，并且易受干扰，在软件设计时参数选择很重要。根据频域波形中的极值搜索，对比特征量确定噪声类型，判定电机的故障范围。

[1]程金光，张荣福.基于LabVIEW的声音数据采集分析系统[J].电子测量技术，2016（2）：94-98.

[2]郝玉密.柜式空调直流电机噪声解决方法和探讨[C]. 2015年中国家用电器技术大会论文集，2015：403-406.

[3]李昕.直流电机噪声分析及降噪的工艺措施[J].船电技术，2012（7）：43-46.

[4]沈保山，姬长英，郭玉萍.基于LabVIEW数据采集系统的设计[J].机械与电子，2009（4）：76-78.

[5]柳文.降低无刷直流电机电磁噪声的方法[J].机电产品开发与创新，2013（1）：77-79.

Testing and analysis of motor noise based on LabVIEW

Yin Jinhua, Ma Xiaoming, Xu Minjie
（Changzhou Textile Garment Institute, Changzhou 213164, China）

Based on the virtual instrument LabVIEW, this paper introduced a kind of test system through the hardware and software to build a permanent magnet DC brush motor noise, which carries on real-time monitoring of the running noise. The test system is mainly for noise signal acquisition, waveform processing, characteristics extraction, spectrum analysis, data storage, etc., and analyzes the noise spectrum, to make a preliminary judgment out of the scope of motor fault.

LabVIEW; noise test; signal acquisition

尹金花（1981— ），女，江苏常州。