虚拟仪器实验报告 实验一 LabVIEW中的信号分析与处理

实验一LabVIEW中的信号分析与处理
一、实验目的：
1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法；
2、熟悉数字滤波器的使用方法；
3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。

二、实验原理：
1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号；将时域信号变换到频域，以显示在时域
无法观察到的信号特征，主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信号都是数字信号，对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法：
·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性，其输出为单边幅频图和相频图。

·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果，其输出为双边频谱图，在使用时注意设置FFT Size为2的幂。

·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱，主要用于对一维数组进行频谱分析，需要注意的是，需要设置其dt（输入信号的采样周期）端口的数据。

2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波，只允许特定频率成份的信号通过。

滤波器的主要类型
分为低通、高通、带通、带阻等，在使用LabVIEW中的数字滤波器时，需要正确设置滤波器的截止频率（注意区分模拟频率和数字频率）和阶数。

3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度（THD），该vi还可
分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。

三、实验内容：
(1) 时域信号的频谱分析
设计一个VI，使用4个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），将这4个正弦信号相加并观察其时域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析，观察其幅频和相频图，并截图保存。

(2) 数字滤波器VI的使用
对步骤(1)中由4个正弦波形相加得出的时域波形，再叠加上一个幅值为5V的白噪声波形（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi观察其频谱，然后使用一个巴特沃斯带通滤波器滤除其中的10Hz、30Hz和100Hz的频率成份，观察滤波之后的时域波形，并分析其频谱，截图保存。

(3) 谐波失真分析
假设波形x(t)为使用1个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成的频率为10Hz，幅值为1V的正弦波形，使用Harmonic Distortion Analyzer .vi 对波形y(t)=x(t)+0.1x2(t) +0.2x3(t)进行谐波失真分析，观察基波频率、谐波失真度THD和各阶次谐波电平（最高3次谐波），截图保存。

（4）曲线拟合
在对量程为10MPa的压力传感器进行标定时，传感器输出电压值与压力值之间的关系如题下表所示，请使用曲线拟合VI（Linear fit.vi，在“数学”模板中）求出电压与压力之间的最小二乘关系式，并给出均方误差。

四、实验报告
①在实验步骤（2）-②中，能否使用带通滤波器完全滤除白噪声信号？请简述原因；
答：不能，因为白噪声的频谱是无限宽的，接近50Hz的部分不能被带通滤波器滤除，因此采
用该方法无法完全滤除噪声。

②滤波器的阶数对滤波效果有何影响？该如何设置滤波器的阶数？
答：阶数越高，则其滚降的速度就越快；但也不是越高越好，阶数太高也会导致波形失真。

可
以通过观察波形图来调节阶数，这样可以取得最适阶数。