基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪
基于labview的频谱分析
摘要信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域,而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成,价格昂贵,体积庞大,不便于工程技术人员的携带。
虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路,用软件代替了硬件。
使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。
关键字：Labview；信号处理；频谱分析。
目录1 目的及基本要求 12 频谱分析仪程序设计原理 13频谱分析仪设计和仿真 23.1 总体程序设计 23.2各功能模块详细设计 83.3 程序存在的不足 114 结果及性能分析 124.1 运行结果 124.2性能分析 13参考文献 141 目的及基本要求熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实现梦幻钢琴程序游戏的设计和仿真。
要求通过本课程设计使学生熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器设计原理、设计方法和实现技巧，使学生掌握通信系统设计和仿真工具，为毕业设计做准备，为将来的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
利用LabVIEW强大的虚拟仪器开发功能，可实现基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪功能，采用数字方法直接由模拟／转换器(ADC)数字对输进信号取样，再经滤波，加窗函数处理后获得频谱图。
2频谱分析仪设计原理采用数字处理式频谱分析原理设计虚拟频谱分析仪.工作流程如下:连续时间信号经过采样变为离散时间信号,利用LabVIEW强大的数字信号处理功能,对数据进行滤波、加窗、FFT运算处理,得到信号的幅度谱、相位谱及功率谱等. 采样过程中,对不同的频率信号,选用合适的采样速率,以满足采样定理,防止频率混叠.进行傅里叶变换的数据在理论上应为无限长的离散数据序列.实际上,只能对有限长的信号进行分析与处理,所以必须对无限长的离散序列进行截断,只取采样时间内的有限数据,从而存在着频谱泄漏问题.本文设计中分别用矩形窗、汉宁窗、哈明窗、布来克曼窗等窗函数减少频谱泄漏.由于取样信号中混叠噪声信号,因此为了消除干扰,在进行FFT变换前,应先进行滤波处理.本文设计采用巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、椭圆(Ellipse)、贝塞尔(Bessel)等滤波器进行滤波.3 频谱分析仪设计与仿真3.1总体程序设计本文设计的虚拟频谱分析仪由周期性信号发生器和频谱分析器两个子模块组成。
基于LabVIEW9.0的虚拟频谱分析仪的设计
扩 展性 ， 价 比高 ， 以方便 地 与 其 他设 备 互 联 ， 能 可 编 程 Ｊ虚 拟 性 可 功 ．
仪 器技 术 的发展 ， 人类 生 活 的影 响越来 越 大． 对
本 文介 绍 了虚 拟频 谱 分 析 仪 的设 计 ， 于 Ｂ Ｓ模 式 用 图形 化 编 基 ／ 程 语言 Ｌｂ ＩＷ９ ０实 现虚 拟 频 谱 仪 的 信 号 发 生 、 形 显 示 、 字 滤 ａＶＥ ． 波 数 波 、 数测 量 、 谱 分 析 、 波分 析 以及远 程 网络监 控 等 功能 ． 参 频 谐 实验 证 明 ， 虚 拟 频 谱 分 析 仪 可 以实 现 对 采 样 信 号 的显 示 、 析 、 程 网 络 该 分 远
４ ５７
Ｊｕ ａ ｏ ａｊ ｇＵｎｖｒｉ ｆ ｎｏｍａｉｎＳｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎｌｇ ： ａｕａ Ｓ ｉｎｅＥ ｉｏ ，０ １ ３ ５）４ ６４ ０ ｏｒ ｌ ｆＮ ｎｉ ｉｅｓｔ ｏ ｆｒ ｔ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｃ ｄｔ ｎ２ １ ， （ ：５ －６ ｎ ｎ ｙ Ｉ ｏ ｅ ｉ
１ 昆 明理 工 大 学 信 息 工 程 与 自动 化 学 院 ， 昆
明 ，５５ ０ ６０ ０
信 号 的 幅度谱 、 位谱 以及 功 率谱 ． 相
１ ２ 系统 构 架 ．
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般 测试 仪器 由信号 采 集 、 号 处 理 和结 果 显 示 ３大部 分 组 成 ， 信
曲 垂
Байду номын сангаас
学学报：然 学 ２１３５：６６ 自 科 版， １ （） ５４ ０ ， ４ －０
收 稿 日期 ２ １ －８２ ０ １０ －０ 作 者 简 介
毕业设计基于labview的信号频谱分析仪设计[管理资料]
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基于LABVIEW的信号频谱分析仪设计摘要随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。
电子测量技术在各个领域得到越来越广泛的应用，传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，已经很难满足实际工作的需要。
集成电路和计算机技术的迅猛发展使电子测量仪器逐渐向数字化、智能化方向发展，与传统仪器相比表现为：功能更强、处理速度更快、频带更宽、用途更广、操作更简单、体积更小、可扩充性更好。
微型计算机的普及程度和性能不断提高，使得基于PC平台的虚拟仪器系统应运而生。
虚拟仪器可以充分利用计算机的运算、存储和显示功能，因而在降低仪器成本的同时使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高，可以很好地满足学校科研和教学改革的需要。
本文论述了基于虚拟仪器概念的信号采集系统的实现方案，重点讨论了在数据传输、显示和处理中的关键技术。
使用USB数据采集卡，最终实现了基于 PC 平台的，具有频率计和频谱分析仪功能的数字存储示波器系统。
本文所选用的软件 LabView 是美国 NI 公司的创新软件产品，也是日前应用最广泛、发展最快、功能最强的图形化软件开发环境。
它具有开发周期短、运行速度快、可重用性、使用方便灵活等优点。
因此LabView 对虚拟存储示波器的设计是一种最理想的方法。
关键词：虚拟仪器；数字存储示波器；谐波分析仪；LabView仪器驱动程序THE DESIGN OF SIGNAL SPECTRUM ANALYSER BASED ON LABVIEWABSTRACTWith the advancement of science and technology, the development of measurement technique is getting more and more important. The application of electronic measurement technique has extended to more fields than ever. Due to limited functions and big size, traditional electronic measurement equipment is no longer suited for common purposes. Thanks to the rapid development of integrated circuit and computer technology, measurement instruments are becoming digitized and with traditional equipment, the new instruments have more functions,higher processing speed, wider bandwidth, friendlier interface,smaller size and better expandability. The prevalence and rocketing development of personal computers give birth to a new kind of instrument, Virtual Instrument (VI). VI is based on PC platform, and can make use of the software and hardware resources of a PC. Compared with its ability of data processing and flexibility, VI has a low price, which means it is a good choice for research and teaching reform inuniversities.This dissertation discusses the implementation of a signal acquisition system,based on the concept of VI and focuses on key techniques in data transmission, display and processing. With a USB data acquisition card connectedto PC, a digital storage oscillograph (DSO) with the function of cymometer and spectrum analyzer is is the innovate software of national instruments corps, of is also the most widely used、the most quickly developing and the strongest function gragh has short epolder and fast LabView is the best way of design virtual digital storage oscillogragh.Key words: virtual instrument；digital-storage oscillograph；Harmonic-Analyser LabVIEW-instrument driver equivalent目录1 绪论 (6)虚拟仪器的概念 (6)虚拟仪器的组成 (6)虚拟仪器的特点及优势 (7) (10)本课题的意义 (10)2 数据采集和谐波分析理论 (13)数据采集理论基础 (13)快速傅立叶变换(FFT) (15)准同步采样 (18)谐波分析理论 (21)谐波分析原理 (21)谐波参数定义 (23)功率概念 (24)3 系统软硬件开发平台 (25)系统软件开发平台-LABVIEW (25)系统硬件平台 (28)4系统软件体系结构 (19)软件总体构成 (19)数据采集过程 (33)系统应用程序设计 (34)5 仿真结果和误差分析 (44)仿真结果 (30)误差分析 (34)6 结论和展望 (36)结论 (36)展望 (36)参考文献 (50)致谢 (40)1 绪论虚拟仪器的概念虚拟仪器[1](Virtual Instrument ,VI)的概念是由美国国家仪器公司(NI)最先提出的。
基于LabVIEW和MATLAB的频谱分析仪设计
固《计量与洲斌桂术）２００７牟第３４卷第９期基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ的频谱分析仪设计ＤｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅＶｉｒｔｕａｌＳｐｅｃｔｒｕｍＡｎａｌｙｓｉｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷａｎｄＭＡＴＩＡＢ陈华丽（武汉科技大学，湖北武汉４３００８１）摘要：介绍丁基于ＬａＪ）ＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ的虚拟频藩分析仪的设计过程。
重点阐述了基于ＬａｂＶＩＥＷ的前赍用户界面设计、基于ＭＡＴＬＡＢ的后台信号分析算法研制两部分。
该仪器充分发挥了ＭＡＴＬ＾＿Ｂ的数值运算功能、ＬａｂＶＩＥＷ的动态显示和虚拟仪器特睦，以极小的成本实现了传统频谱分析仪的功能，且具有鏖好的扩展性和人机界面。
关键词：囝彤化编程；频谱分析仪；虚拟仪器１引言信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，面频谱分析又是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频学分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。
虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路，用软件代替了硬件，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。
在工程领域中，ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ是倍受程序开发人员青睐的两种语言，剐于一些需要做大量数据运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法ＬａｂＶＩＥＷ显得有些力不从心。
而ＭＡＴＬＡＢ不能实现端口操作和实时控制，在界面方面也稍逊一筹。
在实际工程应用中将二者结合起来取长补短，具有非常实用的价值。
本文将重点介绍基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴ—ＬＡＢ的虚拟频谱分析仪的设计。
２基于ＬａｂＶＩＥＷ和ＭＡＴＬＡＢ的虚拟频谱分析仪的设计２．１基于ＬａｂＶＩＥＷ的前台用户界面设计信号分析模块的前面板设置了一个ＷａｖｅｆｏｒｍＧｒａｐｈ控件进行波形显示，显示对信号进行各种分析的结果。
分析仪能够同时进行时域分析和频域分析，时域分析包括微分、积分、卷积、自相关和互相关，频域分析包括Ｆ丌、Ｈｉｌｂｅｒｔ变换、小波变换、Ｈａｒｔｌｅｙ变换和ＩＦＦＴ变换，时域分析和频域分析可根据实际需要进行扩展。
基于LabVIEW的频谱分析仪的设计
３ 期 ６
杨金孝 ， ： 于 Ｌ ｂ ＩＷ 的频谱分析仪的设计 等 基 ａＶ Ｅ
９ ９ ０１
由于提 高频 率 的分 辨 率 与过 于庞 大 的采 样 点
信号 的努桥 与处理 （ 予频域的 ） 萋
的运 算量 之 间的矛 盾 ， 们 提 出 了选 择 性 的频 率 细 我 化 的方法 。 率 细 化 的 方法 有许 多 种 ， 中又 以复 频 其
第 １ ０卷
第３ ６期
２１ ０ ０年 １ ２月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ １ １ Ｎｏ ３ Ｄ ｃ ２ １ ｏ． ０ ．６ ｅ． ００
ｌ７— １１ ２ １ ） ６９ ９ —４ ６１ ８ ５（ ０ ０ ３ —０ ０ ０
Ｓ ｉ ｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｎ
中图法 分类号
Ｔ ３ ．； Ｍ９ ５ １
文献标志码
Ａ
Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 是美 国 Ｎ 公司专 门针 对测 控 领 域开 ａＶ Ｅ Ｉ 发 的一 种 图 形 化 的程 序 设 计 工 具 。利 用 图标 和连
杂 的特 征提 取手 段 ， 由于几 乎 所 有 成熟 的信 号 变换
域 信号 处理 都被 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 中简 单 图形 化 的调用 实 ａＶ Ｅ
表现。
其 在测控 领域 的应 用也越 来越 多 ¨ 。 Ｊ 本文 先利 用数 据 采 集 卡采 集 信 号 的 电压 数 据 ，
然 后借助 于 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 的信 号 分 析 函数 进 行 频 域 分 ａＶ Ｅ
析 Ｊ利用 高级 信号 处 理理 论 中 的频 域 多分 辨 率 分 ，
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪及频域测量误差分析
=cos 0
+0
0
1/2 O
1/2
t
0
O
0
1/2 O
1 /2
t
主瓣 旁瓣
2/1 O 2/1
1/2
O
1/2 t
0O
0
图 2 余弦信号加矩形窗对频谱的影响
综上所述， 与
之间的近似程度取决于信号数字
化 (采样、A/D 转换、截断) 及傅里叶变换产生的量化误差、混
max
max
(a) 采样前信号的频谱
0
图 3 栅栏效应
max
max
max max
(b) 采样后信号的频谱
(c) 信号发生混叠
图 1 混叠现象
(2) 实 际 的 测 试 信 号 时 间 长 度 可 以 是 无 限 长 的 ，而 采 样 时 间 总 是 有 限 的 ，因 此 用 计 算 机 处 理 的 是 有 限 长 的 信 号 ，相 当 于 截 取 无 限 长 信 号 的 一 部 分 进 行 分 析 处 理 。这 种 截 取 相 当 于 对 被处理信号加了一个矩形窗，加窗后的信号频谱 与原信 号的频谱 是不同的。
例如，图 2 所示为一余弦信号加矩形窗后的频谱 与 原信号的频谱 。余弦信号加矩形窗截断后，两根冲激谱 线变成了以± 0为中心的 Sa ( )形的连续谱，相当于频谱从 0 处“泄 漏”到 其 它 频 率 处 ，即 原 来 一 个 周 期 内 只 有 一 个 频 率 上 有 非 零 值 ，而 现 在 几 乎 所 有 频 率 上 都 有 非 零 值 ，这 就 是 频 谱 泄 漏 现 象 。复 杂 信 号 会 造 成 更 复 杂 的 频 谱 泄 漏 ，信 号 互 相 叠 加 ， 难 以 分 辨 。因 此 ，信 号 在 时 域 只 要 加 了 窗 ，在 频 域 就 会 不 可 避 免 地 产 生 频 谱 的 泄 漏 ，造 成 频 谱 失 真 。 频 谱 泄 漏 是 不 可 避 免 的 ，只 有 尽 量 减 小 泄 漏 。
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪设计
文章编号:1003 0794(2005)02 0012 02基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪设计李 冰1,曲 宝1,刘金辉2(1.大庆石油学院计算机与信息技术学院,黑龙江大庆163318; 2.黑龙江省信息中心,哈尔滨150036)摘要:介绍基于LabVI EW的虚拟频谱分析仪的设计过程。
这个虚拟仪器(VI)能够同时进行时域分析与频域分析,在对复杂信号进行简单的滤波和加窗处理、分析后,得到信号的频率、频率响应等参数,并能完成数据显示、绘制图形、存储和查看测量数据等功能。
且具有友好的人机界面。
关键词:图形化编程;频谱分析仪;虚拟仪器中图号:TP31文献标识码:A1 前言随着计算机及信息技术的飞跃发展,虚拟现实技术已成为一个非常重要的领域。
虚拟现实技术是一种新的人机交互系统,利用计算机等设备及相应的软件对真实的物理世界进行实时仿真和实时交互作用,在虚拟的环境中,用户与系统直接而自然地交互,进行一定的操作,从而达到实际的效果。
虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路,用软件代替了硬件,使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。
2 虚拟频谱分析仪的软件软件开发平台采用LabVIEW,它通过建立和连接图标来构成虚拟仪器程序。
LabVIEW(Laboratory of Virtual Instruments Engineering Workbench)是美国国家仪器公司NI(National Instruments)推出的标准虚拟仪器开发平台。
LabVIE W中的虚拟仪器相当于常规语言中的程序模块,通过它实现了软件重用。
它的最大特点是采用全图形化编程,在计算机屏幕上利用其内含的功能库和开发工具库产生软面板,用来为测试系统提供输入值并接受其输出值。
总之, LabVIEW以严格定义的概念,构成了一种易于理解和掌握的软件模块,并提供了一个理想的程序设计环境。
3 虚拟频谱分析仪的结构模块(1)滤波器设置工程测试中常用的滤波是指在信号频域的选频加工[1],因为测试中获取的信号往往含有多种频率成分,为了对其中某一方面的特征有更深的认识,或有利于对信号做进一步的分析和处理,需要将其中需要的频率成分提取出来,而将不需要的频率成分衰减掉。
基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪设计
谱分析仪的软件设计方法 ， Ｌｂ ＩＷ８６ 以 ａＶ Ｅ ． 作为开发平 台， 配合利用 Ｎ 公 司的 Ｐ Ｉ ５ 数据采集卡， Ｉ Ｃ６ １ ２ 实现
信号 采集 、 示 和频谱 分析 功 能． 显
１ 频 谱 分 析 仪 器 功 能
频谱 分 析是将 信 号强 度按 频率顺 序 展 开 ， 其 成 为频 率 的 函 数． 义 介 绍 的信 号 分 析 仪 的 主要 功 能 使 本
前面板用于设置输人参数 、 观察信号及信号分析结果 ， 模拟真实的频谱分析仪面板． 由于虚拟面板直
接 面 向用 户 ， 是控 制 软件 的核 心 ， 因此设 计这 部分 时 ， 主要 考 虑 界 面美 观 、 操作 简 洁 ， 户能 通 过 面板 上 的 用
收 稿 日期 ： ０ ０—１ ２ ２１ ０— ６
数据采集卡 ， 虚拟 信号分析仪能够分析信号频率小 于 ５ Ｈｚ最大 幅值 小于 ５Ｖ的 电压 信号 的频 谱 ； ０ｋ ， 采集 到 的波形通过相应 的程序处理模块 处理 ， 能够得 到波形的频率 、 幅值 、 平均值 和均方根 等信息 ；波形信 号、 号 信 参数信息及波形 的频谱分析 结果 能够通过保存模块 以报表 的形式进行保存 ． 实验 证明 ， 所设计 的频 谱分析仪
人机交互界面． 使用过程中， 用户可 同时观察信号的时域波形 、 单频信号的波形参数和频谱分析结果．
图 １ 虚拟 频谱分析仪前 面板
３ 软 件 程 序 设 计
基 于虚 拟仪 器 的频谱 分 析仪 程 序设 计 主要 包括 ３个 模 块 ： 号 采集 与 处理 、 信 信号 的频谱 分 析 、 号 及 信 信 号 频谱 分 析结 果保 存 ． ３ １ 信 号采 集与 处 理 数 据 采集 模块 利用 Ｎ 公 司 的 Ｐ Ｉ２ １数 据采 集 卡进 行 数据 采集 ， ． Ｉ Ｃ６５ 频谱 分析 仪 的
labview虚拟信号频谱分析仪的设计与实现-毕业设计[管理资料]
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目录1 绪论 (4)课题研究的背景和意义 (4)虚拟仪器的国内外现状综述 (4)频谱分析技术发展现状及趋势 (5)本文所作的工作 (6)2 虚拟仪器及LabVIEW (7)虚拟仪器的简介 (7)虚拟仪器及其构成 (7)虚拟仪器的发展 (7)虚拟仪器与传统仪器的比较 (8)LabVIEW 的介绍 (9)LabVIEW软件的特点 (9)LabVIEW的基本开发环境 (9)LabVIEW模板简介 (9)3 LabVIEW虚拟信号频谱分析仪的设计与实现 (11)信号频谱分析基础 (11)周期信号与离散频谱 (11)傅立叶级数的三角函数展开式 (12)傅立叶级数的复指数函数展开式 (12)周期信号频谱的特点 (13) (13)频谱密度函数X(ω) (13)、非周期信号的傅立叶积分表示 (14).......................................................................................... 错误!未定义书签。
(i)及其频谱x s(ω) (15)(DFT) (16)信号的频谱分析 (17)栅栏效应 (17)泄漏 (18)窗平滑技术 (18)4 软件模拟平台的构建 (18)基于实验教学的频谱分析仪的设计 (19) (22) (22)数据处理模块 (23) (24)结果显示模块 (24)仪器面板和程序流程图 (25)程序的集成与调试 (27)频谱分析仪的波形显示 (28)正弦信号的频谱图和相位图 (28)加噪声的正弦信号的频谱图和相位图 (29)5结论 (30)6致谢 (30)7参考文献 (30)摘要本文设计的虚拟频谱分析仪结合了虚拟仪器技术，频谱教正技术和软件编程技术。
借助于数据采集系统将被测信号采集到主控计算机内，利用虚拟仪器进行测量和分析，并将结果输出大批屏幕或报表中，从而完成整个测试过程。
围绕虚拟频谱分析仪的设计和实现这个主题，本文研究了频谱分析仪的原理和仪器各项功能的实现方法。
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪2002-11-061 引言信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域,而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成,价格昂贵,体积庞大,不便于工程技术人员的携带。
虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路,用软件代替了硬件。
使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。
2 分析仪的一般分析功能2.1 时间域分析时间域（时域）分析是最直观也是第一步的分析。
从时域分析中既可做出一些原始判断，又可确定进一步分析的方向和目标。
2.2 幅值域分析幅值域分析一般用直方图表示。
2.3 频率域分析之一——频谱分析将时域信号变换成频域信号再分析称为频谱分析。
由于时域信号分为连续信号和离散信号，连续信号又可分为绝对可积、平方可积和均方可积；离散信号又可分为绝对可和、科方可和和均方可和，故对应的频谱也可分为多种。
2.4 频率域分析之二——频响函数频率响应函数FRF(Frequency Response Function)是分析仪最常用的分析功能,它可作为原始数据提供给应用者作模态分析或在曲线拟合时使用。
以上功能其原理及分析均较简单,限于篇幅,本文不作详细阐述。
3 分析仪的特殊分析功能3.1 倒频谱分析输入x(t)和输出y(t)的关系用公式y(t)=x(t)×h(t)表示。
系统自然也包括传递途径,此时x(t)为信号源(振源或声源〉,h(t)为路径特性,y(t)为传递后失真的信号,失真包括衰减、频散、反射和回波等。
倒频谱在力学、声学等各方面得到以下应用:1)把信号源和路径分离,得到信号源原始波和路径特性(例如传递路径的长度),有多个传递路径时还能加以区分。
2)去除回波或回声。
带多次回波的原始信号可理解为原始信号与一系列δ函数卷积,当传递路径较近时,回波与原始波形叠加,混淆了原始波形的形状,利用倒频谱可去掉回波。
基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪设计
基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪设计张静【摘要】In our report, the virtual signal spectrum analyzer based on Lab VIEW was designed, and the test was performed successfully. Amplitude signal frequency which is less than 50 kHz and voltage which is lower than 5 V could be analyzed by the virtual spectrum analyzer. Waveforms collected were processed by the corresponding program module, and the waveform frequency, amplitude, mean, RMS and other information could be obtained. Waveform signal, the signal parameter information and the waveform of the spectrum analysis module could be saved in the form of statements. The results showed that the analysis data with the spectrum analyzer is correct, and the program runs smooth.%设计了基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪,并成功地进行了运行检测.利用NI公司的PCI6251数据采集卡,虚拟信号分析仪能够分析信号频率小于50 kHz,最大幅值小于5V的电压信号的频谱；采集到的波形通过相应的程序处理模块处理,能够得到波形的频率、幅值、平均值和均方根等信息；波形信号、信号参数信息及波形的频谱分析结果能够通过保存模块以报表的形式进行保存.实验证明,所设计的频谱分析仪分析结果正确,程序运行稳定.【期刊名称】《海南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(029)002【总页数】4页(P162-165)【关键词】虚拟仪器;频谱分析;数据采集【作者】张静【作者单位】华北电力大学电子与通信工程系,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TP311虚拟仪器实际上是一个按照用户自定义的需求来组织数据采集并通过软件设计来实现仪器全部功能的一种仪器.在数字信号处理理论、微电子技术、计算机技术迅速发展的支撑下,虚拟仪器得到了长足的发展,且广泛应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域,涵盖了从研发、测试、生产到服务的所有阶段[1].LabV IEW是美国 N I公司推出的一种基于 G语言 (Graphics language,图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具,包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储等[2].本文介绍一种虚拟信号频谱分析仪的软件设计方法,以 LabV IEW8.6作为开发平台,配合利用 N I公司的 PCI6251数据采集卡,实现信号采集、显示和频谱分析功能.频谱分析是将信号强度按频率顺序展开,使其成为频率的函数.本文介绍的信号分析仪的主要功能包括:1)对输入的波形信号进行采样,将采集的波形信号在前面板显示;2)对采集的波形信号进行分析,显示信号的幅度、频率、均值、最大值、最小值及均方根;3)对采集的波形信号进行频谱分析,在前面板显示信号的频率 -幅度波形;4)通过点击前面板的保存按钮以报表的形式保存该时刻的波形信号、波形参数以及频谱分析结果.LabV IEW程序由 2个部分组成:前面板程序和框图程序.整个程序基于多线程设计,即前面板和系统程序各占用一个线程.使用采集卡的模拟电压输入通道采集信号波形,通过 LabV IEW的图形用户界面来模拟频谱分析仪的操作面板,利用信号处理程序对信号波形进行分析.前面板用于设置输入参数、观察信号及信号分析结果,模拟真实的频谱分析仪面板.由于虚拟面板直接面向用户,是控制软件的核心,因此设计这部分时,主要考虑界面美观、操作简洁,用户能通过面板上的各种按钮、开关来控制频谱分析仪工作.虚拟频谱分析仪的前面板如图 1所示,设计前面板时充分利用 LabV IEW软件的优点,建立了友好的人机交互界面.使用过程中,用户可同时观察信号的时域波形、单频信号的波形参数和频谱分析结果.基于虚拟仪器的频谱分析仪程序设计主要包括 3个模块:信号采集与处理、信号的频谱分析、信号及信号频谱分析结果保存.3.1 信号采集与处理数据采集模块利用 N I公司的 PCI6251数据采集卡进行数据采集,频谱分析仪的最大输入信号频率为 50 kHz,最大输入电压幅值为 5 V.利用 N I-DAQmx作为驱动软件,部分信号采集程序如图 2所示.信号采集类型选择电压,物理通道选择 1通道;采样模式为连续采样,通过外加 while循环来实现;采样频率通过读取前面板的时基参数进行换算;PCI6251属于M系列数据采集卡,信号采集的触发方式采用模拟边沿触发,利用模拟输入通道的信号本身作为触发源.利用信号处理程序[3]对信号进行处理,主要是提取输入信号的单频信息,当只有单频信号输入时,在参数显示窗口显示输入波形信号的频率、最大值、最小值、幅度、均值等.当输入的信号包含多个频率时,参数显示窗口显示幅值最大信号的频率和幅值等信息.提取信号参数信息函数如图 3所示.3.2 信号的频谱分析信号的频谱分析利用LabV IE W提供的 FFT(Fast FourierTransfor m)频谱分析函数完成,如图 4所示.FFT即快速傅立叶变换[4],用来计算时间信号的平均 FFT频谱,幅度和相位返回 FFT值.3.3 信号及信号频谱分析结果保存信号及信号频谱分析结果的保存是通过前面板的保存按钮来实现.点击保存按钮时波形信号、信号的参数及频谱分析结果将以图片的形式进行保存,保存的结果如图 5所示.每次保存时要同时提取本地时间进行保存,以方便进行查询.信号及信号频谱分析结果的存储程序如图 6所示,利用报表生成V I中的报表生成函数,完成报表的生成,以图像的形式存储频谱分析仪前面板的图像和参数信息.信号分析仪设计完成后,需要进行性能检验,实验检测过程中利用 2台信号发生器分别产生测试信号,第 1组为频率 500 Hz与 1 000 Hz、幅值 2.5 V和 1 V的正弦波信号,第 2组为频率 500 Hz、幅值 2.5 V的正弦波信号及频率 1 000 Hz、幅值 1 V的方波信号,将 2组信号同时连接到数据采集卡的模拟信号输入端,频谱分析仪的显示结果如图 7所示.实验结果表明,频谱分析结果及波形参数显示正确,程序运行稳定可靠.虚拟仪器是在计算机的支持下的数据采集硬件,通过软件设计来实现仪器的全部功能,性能上更具有灵活性,是现代测试系统的发展趋势,利用本文设计的虚拟频谱分析仪可以方便、快捷地实现信号的频谱分析,并完成分析结果的保存.如果换成高速率的数据采集卡,频谱分析仪将能分析更高的信号频率.随着计算机和微电子技术的发展,虚拟仪器技术在实践中将会越来越受到重视.【相关文献】[1]武一,杨瑞霞,时惠玲.虚拟信号测量仪的设计与开发[J].电子测量技术,2008,31(3):55-57.[2]张宏群.基于LabV IEW的虚拟信号分析仪的设计[J].仪器仪表用户,2007,14(5):124-125.[3]龙华伟,顾永刚.LabV IEW8.2与 DAQ数据采集[M].北京:清华大学出版社,2008.[4]胡广书.数字信号处理—理论、算法与实现[M].北京:清华大学出版社,2002.。
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计与实现
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计与实现
引言
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种图形化的编程语言，集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数
据采集卡通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP／IP、ActiveX等软件标
准的库函数。
利用LabVIEW可以方便地建立各种虚拟仪器。
频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段，是从事电子产品研发、
生产、检验的常用工具，应用十分广泛，被称为工程师的射频万用表。
传统
的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机，输入信号经变频器
变频后由低通滤器输出。
滤波输出信号作为垂直分量，频率作为水平分量，
在示波器屏幕上绘出坐标图，就是输入信号的频谱图。
由于变频器可以达到
很宽的频率，例如30Hz-30GHz，与外部混频器配合，可扩展到100GHz以上，所以频潜分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一，无论测量连续信号或调制
信号，频谱分析仪都是很理想的测量工具。
但是传统的频谱分析仪只能测量
频率的幅度，缺少相位信息，因此属于标量仪器，而且体积庞大。
利用LabVIEW强大的虚拟仪器开发功能，可实现基于快速傅里叶变换(FFT)的现
代频谱分析仪功能，采用数字方法直接由模拟／转换器(ADC)数字对输入信
号取样，再经FFT处理后获得频谱图，可以解决传统频谱分析仪价格昂贵，
携带不便等缺点。
1 虚拟频谱分析仪总体设计方案
虚拟频谱分析仪由数据采集卡、计算机和在其上运行的用LabVIEW开发
的应用软件组成，如图1所示。
基于labview的虚拟信号分析仪的设计
毕业设计基于LabVIEW的虚拟信号分析仪的设计2013年6月诚信声明本人郑重申明：所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本人签名：年月日毕业设计任务书设计（论文）题目：基于LabVIEW的虚拟信号分析仪的设计1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，学习LABVIEW的相关知识和图形化编程的算法，并掌握程序模块化设计、数据库、Web、多线程等技术，为学生在毕业后从事测控技术工作打好基础。
2．主要任务（1）查阅与本课题相关的技术资料，并写出文献综述；（2）掌握信号频谱分析仪的设计原理；（3）学习LABVIEW软件，能够进行图形化编程；（4）完成毕业设计论文。
3．主要参考资料[1]武一，杨瑞文，时惠玲虚拟信号测量仪的设计与开发[J].电子测量技术，2008,31（3）：55-57[2]张宏群.基于LABVIEW的虚拟信号分析仪的设计[J].仪器仪表用户，2007,14（5）：124-125[3]丁玉美，高西全.数字信号处理[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.201-211基于LabVIEW的虚拟信号分析仪设计摘要虚拟仪器技术的发展是21世纪的自动测试与电子测量仪器技术领域的一个重要发展方向。
该技术是用常见的计算机作为基础，并在此平台基础上进行仪器的的定义、设计以及测试功能。
使得用户在操作这种计算机的时候就像是在操作一台由自己专门设计使用的一种特殊的电子仪器设备。
进行操作的人员可以通过非常直观的图形化用户界面和易于理解的图形化编程语言来控制系统的开始、运行和结束，从而实现数据的采集、信号分析、被测信号和频谱图的显示、波形图显示、故障诊断、数据存储、和控制输出等功能。
在虚拟仪器系统中，硬件主要用来实现信号的输入和输出功能，而软件可以很容易地进行修改，从而可以改变仪器系统需要实现的功能，以适应不同用户的实际需要。
LabVIEW实例，如何编程实现一个虚拟FFT分析仪？
LabVIEW实例，如何编程实现一个虚拟FFT分析仪？
虚拟FFT分析仪，实际上是一种虚拟电子测量仪器的设计，涉及到了电子测量仪器的三个基本模块的实现：数据采集、分析处理及图形显示等功能模块的实现。
对于数据采集模块，如果你没有硬件数据采集模块的话，可以使用仿真数据作为数据源来进行后续的分析处理。
对于分析处理模块，主要是实现基于FFT的频谱分析功能，并可进行平均参数设置（如平均模式、加权模式及平均次数等）、窗函数设置、重新开始平均设置。
对于图形显示模块，主要是实现原始时域仿真信号波形图及FFT 频谱的幅度谱/相位谱显示，且对坐标如线性/对数等模式进行设置。
一个典型的软件界面如图所示：
在LabVIEW中，用到的主要函数包括基本函数生成器”Basic Function Gernerator.vi“及求频谱的“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”，其主要代码实现框图如下：
这样，就可编程实现一个虚拟FFT分析仪了。
毕业论文--基于LabVIEW的虚拟频谱仪的设计与实现
本科毕业论文（设计）题目基于LabVIEW的虚拟频谱仪的设计与实现指导老师职称学生姓名学号专业班级院 (系）完成时间基于LabVIEW的虚拟频谱仪的设计与实现摘要LabVIEW是一种有效的运用虚拟仪器设计技术来进行虚拟仪器开发的计算机应用软件，本设计是在计算机的平台上，把虚拟仪器技术、信号与系统分析和LabVIEW软件等相结合而设计出的虚拟频谱仪，其主要目的是对信号进行频谱分析。
用LabVIEW软件自身产生的仿真信号模块发出信号,并通过LabVIEW软件内的其他模块来实现信号的采集、滤波、傅里叶变换和频谱分析.利用LabVIEW软件来设计虚拟仪器，可以利用其图形化的编程语言，灵活的编程思维,设计出不同功能的虚拟仪器。
在工业生产中,虚拟仪器的应用为信号和数据的测量及控制提供了方便,它可以代替一些传统的测量仪器来实现对信号的分析与处理功能，在这种情况下，对节约成本、提高资源效率要求极高的社会来说，虚拟仪器的发展为人们带来了很大社会效益.关键词：LabVIEW；虚拟仪器；信号生成；信号采集；信号分析The design and implementation of Virtual SpectrumInstrument Based on LABVIEWABSTRACTLabVIEW is a kind of effective using virtual instrument design technology for virtual instrument developed of computer application software, this design is in the platform of computer，combining with virtual instrument technology，signal and system analysis and the LabVIEW software to design a virtual frequency spectrum instrument, its main purpose is the spectrum analysis for the signal 。
基于LabVIEW虚拟频谱分析仪的设计
毕业论文（设计）题目：基于LabVIEW虚拟频谱分析仪的设计学生姓名学号专业电子信息工程班级指导教师学部计算机科学与电气工程答辩日期2012年5月19日基于LABVIEW虚拟频谱分析仪的设计摘要LABVIEW是一种有效的进行虚拟仪器设计和通信电路系统仿真的有效工具。
本设计基于“硬件的软件化”思想，在对信号分析、虚拟仪器技术和声卡的实用性进行理论分析的基础上，利用虚拟仪器专用语言LabVIEW开发环境，设计了基于虚拟仪器技术的语音信号分析仪。
用普通的计算机声卡代替数据采集卡，利用声卡和LABVIEW的多线程技术实现音频信号的数据采集，开发基于PC机声卡的虚拟音频信号分析仪。
该系统实现了数据采集、时域分析和频域分析等多种功能。
其中时域分析包括实时显示波形，测量信号电压、频率、周期等参数；频域分析包括幅值谱、相位谱、功率谱和FFT变换等。
实验表明：这类系统具有程序设计简单、通用性好、可移植性高、界面设计简单大方、易于操作等优点。
关键词：LABVIEW；虚拟仪器；数据采集；信号分析Design the Virtual Spectrum Analysis Instrument Based onLABVIEWAbstractLabVIEW is an effective tool in virtual electronic equipment design and simulation of communication circuit system. This article designed a kind of voice analyzer by using LabVIEW based on the theoretical analysis of digital signal processing theories, virtual instrument technology and sound card application. Substitute commercial DAQ card with sound card, combined with sound card and multithread technology of LABVIEW, the acquisition of volume was realized. This analyzer has realized signal functions such as data acquisition, time-domain analysis and frequency-domain analysis. The time-domain analysis includes the real-time display of the waveform, the signal parameter measurements of voltage, frequency and period. The frequency-domain analysis contains amplitude spectrum, phase spectrum, power spectrum and FFT transform. The system experiments show that: this design proposal takes some advantage of easy programmer, high versatility, good transplantation and easily worked, and so on.Keywords:LABVIEW; Virtual Instrument; data acquisition; signal analysis目录摘要 ...................................................................................................................................... I I Abstract .. (III)第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 虚拟仪器的特点和发展 (1)1.3 本设计的结构 (3)第2章虚拟仪器及LabVIEW介绍 (5)2.1 虚拟仪器的基本概念 (5)2.2 虚拟仪器的构成及分类 (6)2.3 LabVIEW简介 (8)第3章基于LabVIEW虚拟频谱分析仪设计与实现 (11)3.1abVIEW软件的应用方法 (11)3.2频谱分析函数的设计 (15)3.3 基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪信号发生器模块 (17)3.4 所用控件模块的设计 (18)3.5虚拟频谱仪前面板与程序框图 (22)第四章总结 (31)4.1 本设计小结 (31)4.2 存在的不足与展望 (31)第4章参考文献 (32)第5章致谢............................................................................................ 错误！未定义书签。
基于LabVIEW的频谱分析仪报告1
基于LabVIEW的频谱分析仪机电学院测控技术与仪器系晋芳摘要：以LabVIEW为平台，设计了一个简单的频谱分析仪，该仪器能实时显示采集到的信号的波形和FFT变换的图形，并将该信号的各参数测量出来。
关键字：LabVIEW FFT 频谱分析一、设计任务基于目前智能仪器实验室的硬件系统通过LabVIEW编程实现简易频谱分析仪，要求能采集－10－10V、频率2Hz－25KHz的各种信号并能显示采集到信号的幅度频谱。
二、设计要求1、基本功能（1）能够采集幅值范围在-10V~10V，频率在25KHz以下的信号并显示出来；（2）能够将所采集信号的频谱计算出来并显示出来。
（3）编写友好的人机界面；2、发挥部分（1）能够对采样信号波形失真度进行测量；（2）能够存储频谱波形；三、频谱分析原理频谱分析最常用的方法就是离散傅立叶变换（DFT），为了快速计算DFT，通常采用一种快速傅立叶变换(FFT)的方法。
当信号的采样点数是2的幂时，就可以采用这种方法。
FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。
通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。
FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。
FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。
FFT提供了信号在整个采样期间的平均频率信息。
因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。
计算机只能处理有限长度的信号，原信号x(t)要以T(采样时间或采样长度)截断，即有限化。
有限化也称为加“矩形窗”或“不加窗”。
矩形窗将信号突然截断，这在频域造成很宽的附加频率成分，这些附加频率成分在原信号x(t)中其实是不存在的。
一般将这一问题称为有限化带来的泄露问题。
泄露使得原来集中在f0上的能量分散到全部频率轴上。
泄露带来许多问题：如①使频率曲线产生许多“皱纹”（Ripple），较大的皱纹可能与小的共振峰值混淆；②如信号为两幅值一大一小频率很接近的正弦波合成，幅值较小的一个信号可能被淹没。
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的设计
基于ＬａｂＶＩＥＷ的虚拟频谱分析仪的设计摘要：本文设计了一种基于虚拟仪器技术的频谱分析仪，解决了传统频谱分析仪存在的一系列问题。
文中阐述了虚拟频谱分析仪主程序及各功能模块的设计与实现，并设计虚拟信号发生器来验证各种功能。
关键词：虚拟仪器LabVIEW语言频谱分析仪一、引言信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域, 而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠频谱分析仪来完成。
频谱分析仪既用于工程设计和系统调试，也用于控制理论等课程的实验教学。
目前普遍使用的国内产品存在的主要问题是加工工艺复杂，价格昂贵, 体积庞大, 不便于工程技术人员的携带。
近年来，由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。
在上述背景下。
出现了新的仪器概念――虚拟仪器。
所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器，逻辑分析仪，信号发生器，频谱分析仪等；可集成于自动控制，工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。
它由计算机，应用软件和仪器硬件组成。
LabVIEW是NI推出的虚拟仪器开发平台软件，它能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件。
本文设计了一种新型的基于LabVIEW的频谱分析仪，与传统的频谱分析仪相比，它用软件代替了硬件，而且功能增强，价格降低。
使工程技术人员可以用一部笔记本电脑就可轻松完成信号的频谱分析。
二、本虚拟频谱分析仪的主要功能特点本虚拟频谱分析仪具有以下功能：★时域显示功能：本分析仪能将虚拟信号发生器产生的信号波形显示在仪器的软面板上。
★频谱分析功能：本分析仪能对信号进行幅相谱、功率谱和谐波分析。
★频率响应函数分析功能：用来分析系统的频率响应函数（Frequency Response Function）。
基于LabVIEW的频谱分析仪的设计--开题报告
XXXX大学学生开题报告表课题名称基于LabVIEW的频谱分析仪的设计课题来源实际课题类型 E 导师XXX学生姓名XXX 学号XXX 专业电子信息工程开题报告内容：（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。
）1、调研资料的准备在毕业设计前期，利用图书馆、互联网获取了LabVIEW软件及频谱分析仪的设计的相关资料；对于题目关键技术要点，通过向导师答疑以及与同组同学讨论的方式得到解决，从而确定了题目的技术方案；在后续的设计过程中，还将继续利用图书馆、互联网等途径获取与设计有关的知识，并加强与导师的沟通。
2、设计目的、要求题目主要是利用LabVIEW软件设计出简单的频谱分析仪，根据频谱分析仪的原理确定其功能，结合LabVIEW软件平台的特点对仪器做出设计和软件编程，实现对信号的分析和研究。
整个系统由虚拟信号发生器模块、虚拟信号滤波器模块和频谱分析模块三部分组成。
虚拟信号发生器模块能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，并且可以叠加各种干扰噪声；频谱分析模块主要对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。
掌握基于LabVIEW编程的相关知识和信号的频谱分析方法，要求系统能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，可以叠加各种干扰噪声并对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。
完成15000字以上的毕业设计论文，并翻译3000汉字以上的相关英文资料。
3、设计思路与预期成果根据频谱分析仪的原理确定分析幅度谱、相位谱、自功率谱、互功率谱功能，然后结合LabVIEW软件平台特点实施仪器系统的总体设计和软件编程，最后进行系统调试试验。
本设计采用的是数字处理式频谱分析原理。
频谱分析仪是在虚拟示波器的基础上调用滤波函数、加窗函数、FFT函数得到信号频谱特性参数的仪器。
实现方法如下：经过采样，将连续时间信号变为离散时间信号，接着利用LabVIEW强大的数字信号处理功能，对这组数据进行滤波、加窗、FFT运算处理，得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。
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基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪
2002-11-06
1 引言
信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域,而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成,价格昂贵,体积庞大,不便于工程技术人员的携带。
虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路,用软件代替了硬件。
使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。
2 分析仪的一般分析功能
2.1 时间域分析
时间域（时域）分析是最直观也是第一步的分析。
从时域分析中既可做出一些原始判断，又可确定进一步分析的方向和目标。
2.2 幅值域分析
幅值域分析一般用直方图表示。
2.3 频率域分析之一——频谱分析
将时域信号变换成频域信号再分析称为频谱分析。
由于时域信号分为连续信号和离散信号，连续信号又可分为绝对可积、平方可积和均方可积；离散信号又可分为绝对可和、科方可和和均方可和，故对应的频谱也可分为多种。
2.4 频率域分析之二——频响函数
频率响应函数FRF(Frequency Response Function)是分析仪最常用的分析功能,它可作为原始数据提供给
应用者作模态分析或在曲线拟合时使用。
以上功能其原理及分析均较简单,限于篇幅,本文不作详细阐述。
3 分析仪的特殊分析功能
3.1 倒频谱分析
输入x(t)和输出y(t)的关系用公式y(t)=x(t)×h(t)表示。
系统自然也包括传递途径,此时x(t)为信号源(振源或声源〉,h(t)为路径特性,y(t)为传递后失真的信号,失真包括衰减、频散、反射和回波等。
倒频谱在力学、声学等各方面得到以下应用:
1)把信号源和路径分离,得到信号源原始波和路径特性(例如传递路径的长度),有多个传递路径时还能加以区分。
2)去除回波或回声。
带多次回波的原始信号可理解为原始信号与一系列δ函数卷积,当传递路径较近时,回波与原始波形叠加,混淆了原始波形的形状,利用倒频谱可去掉回波。
3)把复杂的频谱中各种信频分开。
例如某种机器有两个不同转速的轴产生了两个不同的基频和大量倍频。
设f1=30Hz,f2=31Hz,则谱图中将出现频率为30,31,60,62,90,93,...一大堆波峰,利用倒频谱就可将它们清晰地分离开来。
同理,倒频谱也可分离各种边带频率。
3.2 希尔伯特变换
希尔伯特变换又简称希氏变换在信号的包络检测、系统的非线性分析、相关分析等方面都有重要的用途。
希氏变换将信号从时域变到时域,或从频域变到频域,以时域变换为例,公式为:
时域单边信号,傅立叶谱的实部和虚部互为希氏变换。
渐近稳定的LTI(线性非时变)系统,其单位脉响函数h(t)为绝对可积的单边函数,其傅立叶变换即频响函数的实部和虚部Rr[H(f)]和Im[H(f)]互为频域希氏变换。
利用这个特性可以判断系统是否存在非线性。
求出频响函数后,对其实部(或虚部)作希氏变换再与实测的虚部(或实部)做重叠比较,如两者有差异,则为非线性,差异越大,非线性越严重。
4 分析仪的辅助功能
4.1 加窗
时域加窗可减少泄漏,频域加窗可去除波形中毛刺(平滑),本文只介绍分析仪一些时域窗的功能,它除用于减少泄漏还有其他用途,加窗可加矩形窗,海窗、平顶窗、力窗和指数窗等,注意每种窗都是既有优点、又有缺点。
4.1.1 矩形窗(也叫均匀窗、不加窗)它的功能仅为以采样时间为窗长度截断原始信号,它的泄漏较大,仅用于无泄漏场合。
4.1.2 海窗用于减少泄漏,缺点在于频域主瓣比矩形窗主瓣宽,确定峰值频率时误差较大。
加海窗会降低峰值高度。
4.1.3 平顶窗平顶窗主要用于提高分析仪的幅值读数精度。
输入一个峰值已知的正弦波,用平顶窗在频域读数,就可发现它的读数最接近于真正峰值。
4.1.4 力窗和指数窗用于瞬态测试中的锤击法,力窗去掉脉冲力持续时间以外的噪声,指数窗可使小自尼系统采样结束时尚未衰减完的响应变零以避免撞漏,它也对响应大处加大权,响应小处加小权以提高情噪比。
4.2 平均
平均的目的在于：
1)随机噪声污染的确定性信号,通过平均提高倍噪比。
2)对纯随机信号,通过平均提高置信度。
5 系统设计与编程
5.1 系统主界面
系统主界面如图1所示。
图1 主界面图
5.2 虚拟频谱分析仪的功能框图
图2为分析仪仪器框图。
图2 分析仪的分析功能
5.3 系统编程
本程序是在LabVIEW平台上设计编制的,由于改进傅立叶变换的算法很多,用LabVIEW中的数学运算模块完成比较繁杂,而现在如VC++,MATLAB等高级语言更适于编制复杂运算方法,运算更快,效果更理想。
要想达到这个目的,必定要在LabVIEW中调用某种高级编程语言。
图3为频谱分析模块程序图。
图3 频谱分析仪总程序框图
文：周福超汪志勇居滋培(上海理工大学)
摘：仪器仪表学报第3期增刊。