第3章虚拟仪器的测试信号分析
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ø 在后续处理时应该忽略这一段开始的滤波结果。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3. A/D前的抗混滤波器
Ø A/D转换获得数字信号时，若采样频率未满足采样定 理，会产生频域混叠，这时信号中频率大于1/2采样频 率的高频成分已经混进数字信号的低频段。
Ø 数字滤波器是不可能将这些混在一起的频率成分再分 离的，因此数字滤波并不能完全取代A/D转换之前的 模拟抗混滤波。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3.5.2在LabVIEW中应用滤波器
u LabVIEW中提供了许多现成的滤波器VI，分成了Express VI、波形VI和基本功能VI 3个层次。 1. Express VI中的滤波器针对所有类型的滤波器的选项； 2. 波形VI分成了IIR滤波器和FIR滤波器两个VI； 3. 在基本功能VI的子模板中，根据滤波器的最佳逼近特 性提供了多个比较丰富的滤波器VI。
图3-37 Filter．vi平滑滤波器参数设置框图
第3章虚拟仪器的测试信号分析
（2）预览模式设定和预览窗口显示
u 当预览模式选定为观察信号时，两个预览窗口分别显示滤 波输入和输出信号的时域波形；
u 当预览模式选定为观察频谱时，两个预览窗口分别显示滤 波输入和输出信号的频谱图；
u 当预览模式选定为观察频率响应函数时，两个预览窗口分 别显示滤波器频率响应函数的幅值特性和相位特性曲线。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
1．Express VI中的滤波器VI
u Express VI中的滤波器VI (Filter. Vi )处于Functions →Signal Analysis子模板中，其参数设置框图如图3-36所示。
滤波器参 数设置
预览窗口
预览模式 设定
图3-36 Filter．vi带通IIR滤波器参数第设3章置虚框拟仪图器的测试信号分析
u 原始三角波信号和检测出来的基波信号相位不一 致，是因为信号经过滤波器有一个时间延迟。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
2. 波形Ⅵ中的滤波器VI
u 波形VI中的滤波器VI处于All Functions →Analyze →
Waveform Conditioning中，共有数字IIR滤波器和数字
FIR滤波器两个VI (Digital IIR filter .vi和Digital FIR
处理。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
• 例：应用波形滤波器VI进行多通道信号多种参 数滤波。Waveform Filter .vi。
两路输入信号是频率为20Hz的三角波和频率为10Hz的方 波，幅值都为1，初始相位都为0。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
图3-39 b) Waveform Filter．vi的前面板
1. 调用时的参数设置
1) 滤波器类型选择 2) 截止频率确定 3) 采样频率设定 4) 滤波器的阶数 5) 纹波幅度
第3章虚拟仪器的测试信号分析
2．滤波过程的响应时间
Ø 输入信号经过数字滤波器，相当于输入信号和数字滤 波器的单位抽样响应进行卷积运算，从运算的时间零 点到获得正确的滤波结果，中间会有一个过渡过程， 需要一定的响应时间。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
图3-39 b) Waveform Filter．vi的后面板
filter .vi
)。
u 参数设定方式：
Ø Express滤波器VI使用对话框；
Ø 波形VI使用传统的端口方式
第3章虚拟仪器的测试信号分析
表3-10 Digital IIR Filter．vi的端口含义及设置
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 波形滤波器Ⅵ和Express滤波器VI的重要区别：
Ø Express滤波器VI只能是一个滤波器对一个输入信号进行滤波处理， Ø 波形滤波器VI可以扩展至多个不同特性的滤波器对多个不同的信号进行
第3章虚拟仪器的测试信 号分析
2020/11/26
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3.5 数字滤波器在虚拟仪器中 的应用及其软件实现
第3章虚拟仪器的测试信号分析
• 滤波器分类
按滤波器电路中是否 带有有源器件分
按能通过的频 率范围分
安处理信号 的性质分
无源滤波器
有源滤来自百度文库器
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
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 例：在LabVIEW中用Filter．vi进行滤波。
Ø 如图3-38所示为一个检测三角波基频信号的测试VI (Express Filter．vi)的前后面板。
原始三角波信号
检测出来的基波信号 图3-38 检测三角波基频信号的测试VI前面板
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u Filter的参数设置
（1）滤波器参数设置 首先选择滤波器类型，有低通、高通、带通、带阻和 平滑滤波器(Smoothing)的选项5种，
Ø 选择前面4种时，需设置滤波器的上和(或)下截止频率，有限冲 击响应滤波器的序列长度，无限冲击响应滤波器的最佳逼近函数 和阶次, 最佳逼近函数有巴特沃兹、切比雪夫、反切比雪夫、贝 塞尔和椭圆滤波器5个选项。
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。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 根据信号的基本知识，三角波由奇次倍频的谐波 组成，经过上面滤波器后，只有基波(20Hz)的信 号成分保留下来。
模拟滤波器 有限冲击响应滤波器
数字滤波器
(FIR)
无限冲击响应滤波器
(IIR)
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3.5.1调用数字滤波器子程序的几个问题 u 在调用数字滤波器程序时，需要注意以下几个问
题：
1. 调用时的参数设置 2．滤波过程的响应时间 3. A/D前的抗混滤波器
第3章虚拟仪器的测试信号分析
Ø 若滤波器类型选择平滑滤波器，需要设置的参数则是移动平均的 窗函数选择和移动平均的半长度设定、指数窗平均的时间常数。 平滑滤波器主要作用：对信号进行局部平均，消除周期性噪 声或白噪声。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 3-37中的输入信号预览窗口和输出信号预览窗口显示了 利用三角窗进行白噪声移动平均的效果。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3. A/D前的抗混滤波器
Ø A/D转换获得数字信号时，若采样频率未满足采样定 理，会产生频域混叠，这时信号中频率大于1/2采样频 率的高频成分已经混进数字信号的低频段。
Ø 数字滤波器是不可能将这些混在一起的频率成分再分 离的，因此数字滤波并不能完全取代A/D转换之前的 模拟抗混滤波。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3.5.2在LabVIEW中应用滤波器
u LabVIEW中提供了许多现成的滤波器VI，分成了Express VI、波形VI和基本功能VI 3个层次。 1. Express VI中的滤波器针对所有类型的滤波器的选项； 2. 波形VI分成了IIR滤波器和FIR滤波器两个VI； 3. 在基本功能VI的子模板中，根据滤波器的最佳逼近特 性提供了多个比较丰富的滤波器VI。
图3-37 Filter．vi平滑滤波器参数设置框图
第3章虚拟仪器的测试信号分析
（2）预览模式设定和预览窗口显示
u 当预览模式选定为观察信号时，两个预览窗口分别显示滤 波输入和输出信号的时域波形；
u 当预览模式选定为观察频谱时，两个预览窗口分别显示滤 波输入和输出信号的频谱图；
u 当预览模式选定为观察频率响应函数时，两个预览窗口分 别显示滤波器频率响应函数的幅值特性和相位特性曲线。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
1．Express VI中的滤波器VI
u Express VI中的滤波器VI (Filter. Vi )处于Functions →Signal Analysis子模板中，其参数设置框图如图3-36所示。
滤波器参 数设置
预览窗口
预览模式 设定
图3-36 Filter．vi带通IIR滤波器参数第设3章置虚框拟仪图器的测试信号分析
u 原始三角波信号和检测出来的基波信号相位不一 致，是因为信号经过滤波器有一个时间延迟。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
2. 波形Ⅵ中的滤波器VI
u 波形VI中的滤波器VI处于All Functions →Analyze →
Waveform Conditioning中，共有数字IIR滤波器和数字
FIR滤波器两个VI (Digital IIR filter .vi和Digital FIR
处理。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
• 例：应用波形滤波器VI进行多通道信号多种参 数滤波。Waveform Filter .vi。
两路输入信号是频率为20Hz的三角波和频率为10Hz的方 波，幅值都为1，初始相位都为0。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
图3-39 b) Waveform Filter．vi的前面板
1. 调用时的参数设置
1) 滤波器类型选择 2) 截止频率确定 3) 采样频率设定 4) 滤波器的阶数 5) 纹波幅度
第3章虚拟仪器的测试信号分析
2．滤波过程的响应时间
Ø 输入信号经过数字滤波器，相当于输入信号和数字滤 波器的单位抽样响应进行卷积运算，从运算的时间零 点到获得正确的滤波结果，中间会有一个过渡过程， 需要一定的响应时间。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
图3-39 b) Waveform Filter．vi的后面板
filter .vi
)。
u 参数设定方式：
Ø Express滤波器VI使用对话框；
Ø 波形VI使用传统的端口方式
第3章虚拟仪器的测试信号分析
表3-10 Digital IIR Filter．vi的端口含义及设置
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 波形滤波器Ⅵ和Express滤波器VI的重要区别：
Ø Express滤波器VI只能是一个滤波器对一个输入信号进行滤波处理， Ø 波形滤波器VI可以扩展至多个不同特性的滤波器对多个不同的信号进行
第3章虚拟仪器的测试信 号分析
2020/11/26
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3.5 数字滤波器在虚拟仪器中 的应用及其软件实现
第3章虚拟仪器的测试信号分析
• 滤波器分类
按滤波器电路中是否 带有有源器件分
按能通过的频 率范围分
安处理信号 的性质分
无源滤波器
有源滤来自百度文库器
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
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 例：在LabVIEW中用Filter．vi进行滤波。
Ø 如图3-38所示为一个检测三角波基频信号的测试VI (Express Filter．vi)的前后面板。
原始三角波信号
检测出来的基波信号 图3-38 检测三角波基频信号的测试VI前面板
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u Filter的参数设置
（1）滤波器参数设置 首先选择滤波器类型，有低通、高通、带通、带阻和 平滑滤波器(Smoothing)的选项5种，
Ø 选择前面4种时，需设置滤波器的上和(或)下截止频率，有限冲 击响应滤波器的序列长度，无限冲击响应滤波器的最佳逼近函数 和阶次, 最佳逼近函数有巴特沃兹、切比雪夫、反切比雪夫、贝 塞尔和椭圆滤波器5个选项。
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。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 根据信号的基本知识，三角波由奇次倍频的谐波 组成，经过上面滤波器后，只有基波(20Hz)的信 号成分保留下来。
模拟滤波器 有限冲击响应滤波器
数字滤波器
(FIR)
无限冲击响应滤波器
(IIR)
第3章虚拟仪器的测试信号分析
3.5.1调用数字滤波器子程序的几个问题 u 在调用数字滤波器程序时，需要注意以下几个问
题：
1. 调用时的参数设置 2．滤波过程的响应时间 3. A/D前的抗混滤波器
第3章虚拟仪器的测试信号分析
Ø 若滤波器类型选择平滑滤波器，需要设置的参数则是移动平均的 窗函数选择和移动平均的半长度设定、指数窗平均的时间常数。 平滑滤波器主要作用：对信号进行局部平均，消除周期性噪 声或白噪声。
第3章虚拟仪器的测试信号分析
u 3-37中的输入信号预览窗口和输出信号预览窗口显示了 利用三角窗进行白噪声移动平均的效果。