声音和振动产品可连接麦克风和加速计来采集声学和振动信号。这些产品可用于音频测试、机器状态监测以及噪声、振动和声振粗糙度（NVH）应用。声音与振动分析软件，包括交互式，基于配置的软件和Labview的分析库，可以实现声音测量，分数倍频程分析，频率分析，阶次分析等。图形化系统设计平台，结合了图形化编程软件，以及模块化，开放的硬件，对工程师开发和部署声音和振动测量的解决方案进行重新定义，从而减少了开发时间，降低了系统成本。

CompactRIO系统提供了高处理性能、传感器专用I/O和紧密集成的软件工具，使其成为工业物联网、监测和控制应用的理想之选。实时处理器提供可靠，可预测的行为，而FPGA在需要高速逻辑和精确定时的较小任务上表现出色。使用运行Linux Real-Time OS的集成控制器和传感器I/O模块，直接在CompactRIO控制器上构建和部署稳健的应用程序；使用LabVIEW以及实时模块和FPGA模块，提取低级代码并使用工具在CompactRIO系统上构建和部署时间确定性应用程序；利用FPGA的用户可编程优势，集成现有IP，从而采集高质量数据，实时处理并提供反馈。

本方案选用1台cRIO-9041高性能嵌入式控制器，结合2台C系列声音与振动输入模块NI‑9234，以及PS-15电源共同组成声音与振动数据采集系统。PC机与cRIO-9041通过千兆网卡通讯，PS-15电源模块为cRIO-9041供电，NI-9234模块通过屏蔽线缆与6台加速度计与两台麦克风传感器连接采集信号，声音与振动数据采集系统框图见下图。

图1  声音与振动数据采集系统

一、cRIO-9041

cRIO-9041是一款坚固耐用且可定制的高性能嵌入式控制器，搭载了Intel Atom双核处理器，提供NI-DAQmx支持以及用于数据记录、嵌入式监测和控制的SD卡插槽，1.30 GHz双核CPU，2 GB DRAM，4 GB存储容量， -40 °C - 70 °C，Kintex-7 70T FPGA，4槽CompactRIO控制器。 该控制器包含Kintex-7 70T FPGA和LabVIEW FPGA模块支持，可实现高级控制和协处理应用。 控制器使用时间敏感网络（TSN）提供精确且同步的定时和确定性通信，是高度分布式测量的理想选择。 该控制器提供多个连接端口，包括千兆以太网、USB 3.1、USB 2.0、RS232和RS485端口。您可以使用USB 3.1端口添加本地人机界面以及编程、部署和调试软件，从而简化应用程序开发。CompactRIO具有性能卓越的集成式控制器。控制器有优异的耐用性，符合工业标准认证，具有视觉、运动、工业通信和人机界面等功能。CompactRIO包含一个处理器，该处理器可以可靠且确定地执行LabVIEW Real-Time应用程序，并提供多速率控制、执行跟踪、板载数据记录以及与外围设备的通信。

图2  cRIO-9041

二、NI 9234

   C系列声音与振动输入模块NI‑9234可以测量来自集成电子压电(IEPE)和非IEPE传感器的信号，例如加速度计、转速计和接近式探针。4通道，51.2 kS/s/ch，±5 V，NI‑9234还可兼容智能TEDS传感器。NI‑9234提供了宽动态范围，并集成了软件可选的AC/DC耦合和IEPE信号调理。 输入通道可同步测量信号。每个通道还具有内置的抗混叠滤波器，可自动调整至采样率。 当与NI软件一起使用时，该模块提供用于状态监测的处理功能，例如频率分析和阶次跟踪。

图3  NI-9234

三、PS-15电源模块

PS-15电源模块用于为CompactDAQ和CompactRIO系统、CompactRIO单板控制器、智能相机、触摸面板计算机(TPC)等供电。24 VDC至28 VDC，5 A，120 W，DIN导轨安装式工业电源，该工业电源包括现场连接所需的DIN导轨安装配件和免工具安装的弹簧夹端子。PS-15的输出功率为120 W，工作温度在-25°C至+60°C之间。为满足特定地区对电源线的要求，PS-15的输入范围为100 VAC至240 VAC。此外，该工业电源通过20％的功率储备来应对负载波动，并且在环境温度低于45°C时，此额外电流可以连续使用。

图4  PS-15电源模块

四、Labview软件

 Labview是专为工程师和科研人员设计的集成开发环境。Labview的本质上是一种图形化编程语言，采用的是数据流模型，而不是顺序文本代码行，使您能够根据思路以可视化的布局编些功能代码。这意味着您可以减少花在语句和语法的时间，而将更多的时间花在解决问题上。

五、现场可编程门阵列（FPGA）
    FPGA设备凭借其性能、可重配置性、小尺寸和较低的工程开发成本等特性，为控制与采集系统的厂商广泛采用。由于电子设计工具的复杂性，基于 FPGA的设备通常是由厂商而不是用户来定义。现今，您可以利用用户可编程的FPGA构建高度优化的可重新配置的控制与采集系统，而不必了解专门的硬件设计语言，如VHDL。利用CompactRIO，您可以在硅片上设计定制您自己的具有25 ns定时/触发精度的控制或采集电路。FPGA设备的特色在于一个带有可配置的逻辑组块（CLB）阵列的可重新配置的数字架构，该阵列被外围I/O模块所环绕。利用可编程的互连开关与接线路由，可以实现信号在FPGA矩阵内的任意方式路由。CompactRIO提供4槽和8槽机箱，可选用1百万或3百万门FPGA芯片。

重要的嵌入式系统开发者工具
LabVIEW FPGA Module、LabVIEW Real-Time Module和用于Windows开发环境的LabVIEW为加速开发高级、可靠且性能高度优化的可重新配置嵌入式系统提供了大量的工具和技术。
• FPGA硬件目标配置和自动模块查找
• CompactRIO模块和I/O通道别名管理
• FPGA应用程序flash存储器下载和自动加载配置
• web浏览器远程面板图形化用户界面插件用于远程控制／监视（Windows、Linux、Mac OS X、Solari系统）
• 快速谱信号分析、失真／音调、幅度／电平、时序／变换、卷积／相关、掩模／限定、直方图函数
• 本地或远程数据库连接、文本/HTML／DIAdem报告生成
• 手持式移动设备／便携式PDA用户界面／远程控制（LabVIEW PDA模块）