1、虚拟仪器设计虚拟仪器设计第1页第第3章章 虚拟仪器的测试信号分析虚拟仪器的测试信号分析与处理技术与处理技术虚拟仪器设计虚拟仪器设计第2页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第3页 滤波器分类滤波器分类按滤波器电路中是否带有有源器件分无源滤波器有源滤波器低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器其他类型通带的滤波器按能通过的频率范围分安处理信号的性质分模拟滤波器数字滤波器有限冲击响应滤波器(FIR)无限冲击响应滤波器(IIR)虚拟仪器设计虚拟仪器设计第4页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第5页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第6页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第7页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第8页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第9页图3-
2、36 Filtervi带通IIR滤波器参数设置框图滤波器参数设置预览窗口预览模式设定虚拟仪器设计虚拟仪器设计第10页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第11页图3-37 Filtervi平滑滤波器参数设置框图虚拟仪器设计虚拟仪器设计第12页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第13页图3-38 检测三角波基频信号的测试VI前面板原始三角波信号检测出来的基波信号虚拟仪器设计虚拟仪器设计第14页图3-38 检测三角波基频信号的测试VI后面板 由仿真信号发生器产生频率为20Hz、幅值为1、初始相位为0的三角波信号，经过截止频率为40Hz的4阶低通巴特沃兹滤波器进行时域处理，就能提取出其基波。虚拟仪器设计虚拟仪器设计第15
3、页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第16页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第17页表3-10 Digital IIR Filtervi的端口含义及设置虚拟仪器设计虚拟仪器设计第18页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第19页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第20页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第21页 后面板中分别设置了两个不同的滤波器参数，为了分别检测出两个信号的基波信号；前面板中则显示了两通道输入信号、检测出来的基波信号，以及对方波信号进行滤波的滤波器幅频特性及相频特性曲线。虚拟仪器设计虚拟仪器设计第22页图3-40滤波器子模板(Filter)虚拟仪器设计虚拟仪器设计第23页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第24页虚拟仪器设计虚拟仪器设
4、计第25页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第26页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第27页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第28页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第29页（3）泄漏或截断误差 计算机可处理的长度总是有限的，而信号的长度可以是无限长的，这样在处理信号时必然就进行了长度上的截断，截断方法是：将无限长的信号乘以窗函数(Window function)。信号被截断以后，其频谱等于原信号的频谱和窗函数频谱的卷积，其频谱会发生畸变，原来集中的能量会被分散到一个比较宽的频带中去，这种现象称之为泄漏。减小泄漏或截断误差减小泄漏或截断误差虚拟仪器设计虚拟仪器设计第30页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第31页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第
5、32页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第33页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第34页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第35页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第36页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第37页图3-42 窗函数子模板(Windows)虚拟仪器设计虚拟仪器设计第38页表3-11 LabVIEW中主要窗函数特性虚拟仪器设计虚拟仪器设计第39页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第40页图3-43 a)FFT分析vi的前面板虚拟仪器设计虚拟仪器设计第41页图3-43 b)FFT分析vi的后面板 选择的信号为三角波，频率为1kHz，采样频率为40kHz，采样点数为40点，正好1个周期，计算出的频谱频率范围为020kHz，频率间隔为1kHz
6、（40kHz/40点），频谱表示了从1kHz20KHz的基波分量和高次谐波分量。虚拟仪器设计虚拟仪器设计第42页a)单通道幅值相位频谱计算b)多通道幅值相位频谱计算c)单通道实部虚部频谱计算d)多通道实部虚部频谱计算图3-44 波形VI中频谱分析VI的端口图虚拟仪器设计虚拟仪器设计第43页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第44页图3-45 频域子模板(Frequency Domain)图3-46 Amplitude and Phase Spectrum.vi的端口图 Amplitude and Phase Spectrum.vi子模板如图3-45所示。虚拟仪器设计虚拟仪器设计第45页图3-47 Amp
7、litude and PhaseSpectrumvi中谱分析计算流程图虚拟仪器设计虚拟仪器设计第46页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第47页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第48页 计算功率谱的四个波形VI：其到达途径为All Functions Analyze Waveform Measurements。这些功率谱计算VI都是输出单边谱。其中，计算自功率谱的FFT Power Spectrumvi和FFT Power Spectral Densityvi的区别仅仅在于输出的功率谱有一个比例差异。虚拟仪器设计虚拟仪器设计第49页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第50页 如图3-48，Power Spectrum.v
8、i的前后面板 虚拟仪器设计虚拟仪器设计第51页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第52页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第53页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第54页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第55页 红色的梳状曲线表示了一个对输入信号中各次谐波进行测量的滤波器的频率特性，即谐波分析只关心在基波频率整数倍频率上的幅值和相位，Distortion Measurements.vi只取这些点上的值进行计算。白色虚线则表示进行谐波频率搜索的截止频率。选择需要输出谐波分析指标的种类虚拟仪器设计虚拟仪器设计第56页图3-50 a)Express Harmonicvi的前面板虚拟仪器设计虚拟仪器设计第57页图3-50 b)Expre
9、ss Harmonicvi的后面板虚拟仪器设计虚拟仪器设计第58页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第59页a)Distortion Analyzer.vi的端口定义图b)SINAD Analyzervi的端口定义图 图3-51 谐波分析的波形的端口定义图虚拟仪器设计虚拟仪器设计第60页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第61页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第62页图3-52 逐点分析库函数面板虚拟仪器设计虚拟仪器设计第63页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第64页 图3-53 逐点分析函数的基本结构 很多的逐点分析VI函数还有一个Sample Length参数，它的目的是为了指定采样数据队列的长度，它表示该函数所感兴趣的数据
10、段长度。虚拟仪器设计虚拟仪器设计第65页 由First Call函数来判断该子VI函数是否是第一次被调用，如果是第一次被调用或者Initialize输入参数为真，则会对VI函数进行初始化。While循环在每一次调用中只执行一次，但是它会将每次调用的结果通过移位寄存器传递到下一次调用时使用。因此逐点分析VI函数的前后两次调用总是相关的，为了避免多个VI程序调用同一个逐点分析VI函数发生冲突，这就要求逐点分析VI函数必须是可重入的（re-entrant）。可重入VI函数为每一个调用都创建一个复本，即开辟一个独立的存储区，从而避免了冲突。虚拟仪器设计虚拟仪器设计第66页图3-54 概率与统计函数面板
11、虚拟仪器设计虚拟仪器设计第67页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第68页例：对高斯噪声进行统计分析虚拟仪器设计虚拟仪器设计第69页 首先通过Gaussian White Noise.vi产生一个2000点的满足高斯分布的随机数序列，然后通过Create Histogram和Statistic两个Express VI对该随机序列进行分析。b）后面板虚拟仪器设计虚拟仪器设计第70页图3-56曲线拟合的函数面板虚拟仪器设计虚拟仪器设计第71页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第72页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第73页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第74页图3-57 曲线拟合的前面板和框图程序虚拟仪器设计虚拟仪器设计第75页图3-58线性代数函数面板虚拟仪器设计虚拟仪器设计第76页虚拟仪器设计虚拟仪器设计第77页图3-59 求解线性方程
