labview测试实验指导书

吉林工程技术师范学院

测试技术实验指导书主编：孙艳红张晓奇

主审：周广文

机电工程学院

2009年5月

目录

前言 (1)

实验1典型信号虚拟发生器 (4)

实验2典型信号的频谱分析 (6)

实验3周期信号波形的合成和分解 (9)

实验4 典型信号的相关分析和功率谱分析 (11)

实验 5 信号的调制和解调 (14)

实验6 巴特沃斯滤波器 (18)

实验7 信号采样定理 (21)

实验8 测试系统静态性能测量和系统标定 (24)

实验9 测试系统动态性能测量 (26)

实验10 金属箔式应变计性能——应变电桥 (28)

实验11 电涡流开关物体检测 (30)

实验12 光电传感器转速测量 (33)

实验13 霍尔传感器速度测量 (35)

实验14 力传感器称重 (37)

实验15 典型信号的虚拟仿真信号发生器的设计 (39)

实验16 典型信号的自相关分析仪的设计 (41)

实验17 典型信号的频谱分析仪的设计 (43)

实验18 某工程信号的综合分析系统 (45)

前言

测试技术是具有实验性质的测量技术,和计算机技术、自动控制技术、通信技术构成完整的信息技术学科，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号的分析处理方法,是进行各种科学实验研究和生产过程参数检测等必不可少的手段。随着现代信息技术的不断发展,机械工程测试作为一门和之密切相关的课程,其重要性是不言而喻的，这是一门以算法为核心的理论性、工程实用性均较强的课程。但由于目前关于信号处理的有关书籍大都是只讲解算法和推导过程,而和工程实际联系很少,这使得书中所涉及的有关概念比较抽象,再加上教学方法和手段的单一以及实验条件的限制,长期以来使该课程一直处于“难教难学”的一种境地，学生很难把书中所讲的数学函数和实际的波形联系起来,给学习带来了很大的困难,大大降低了学生的学习积极性,影响了本课程的教学效果。因此, 如何有效的理论联系实际,提高教学质量和教学效果一直以来是该课程教学中思考和探索的问题。而计算机仿真技术的发展对机械工程测试的教学带来了新的思路,尤其是将虚拟仪器引入教学过程具有重要的意义,为该课程实验教学的改革提供了强有力的支持。

一.虚拟仪器和LabVIEW软件简介

虚拟仪器是1986年美国国家仪器公司(National Instrument,即NI公司)首先提出的,是指通过程序编制将通用计算机和数量有限的功能板卡相结合所构成的功能灵活、模块化、操作方便且可视化的软件系统。用户可以根据自己的习惯利用虚拟仪器系统来完成相应的控制、数据分析、存储和显示等操作。LabVIEW （ Laboratory Virtual Instrument Engineering Work Bench）是NI公司开发的、采用图形化程序语言——G语言, 通过各功能图标间的逻辑连接实现程序功能的图形化程序设计软件,是虚拟仪器的主要支持技术之一。该软件提供了灵活强大的函数库，在数据处理控制方面有动态连接库、共享库、数字信号处理和产生、频谱分析、滤波、平滑窗口、概率统计等VI。LabVIEW也提供了大量的通过ActiveX等和外部代码或软件进行连接的功能。例如可以和C/C++、VC、VB、Matlab 等软件相连。

二.LabVIEW在机械工程测试实验教学中的使用

机械工程测试课程的主要教学内容包括信号时域波形的统计分析、频域的频谱和功率谱分析、时差域的相关分析等信号分析方法和信号的滤波、采样、截断、调制和解调等信号的调理方法，以及信号发生、存储、显示等辅助设计。实验项目可分为验证性实验和综合性、设计性实验。

2.1 验证性虚拟实验系统设计

机械工程测试课程的验证性实验是针对基础理论的模拟再现而设置的实验项目，涵盖了典型信号发生器、信号表述及分析处理的各种基本的方式方法。本文针对上述实验要求设计了一套满足机械工程测试课程特点的虚拟测试实验系统，其结构如图1所示，该实验系统充分体现了虚拟仪器技术在机械工程测试实验教学中的巨大优势。

图1 虚拟测试实验系统总体结构图

2.2 LabVIEW在综合性、设计性虚拟测试实验中的使用

综合性、设计性实验主要体现机械工程测试技术的工程实际使用价值，按照实际测试信号的特点由学生综合运用所学的测试知识，自行设计完成对信号的分

析处理，来提取反映被测对象状态和特征的明确信息。LabVIEW在综合性、设计性虚拟实验项目中的使用更加广泛，在熟练掌握LabVIEW软件运用技巧的前提下，学生可以以工程实际使用为例，自主设计工程实际测试信号采集和处理系统，从而综合考查学生对机械工程测试技术的掌握程度和运用能力。

实验1 典型信号虚拟发生器

一. 实验要求

在理论学习的基础上，通过本实验熟悉正弦波、方波、三角波、锯齿波和随机信号等几种典型信号的波形和参数特征，熟悉信号的时域波形变化趋势。

二. 实验原理提示

本实验利用虚拟实验平台来仿真生成正弦波、方波、三角波、锯齿波和随机信号几种典型信号波形，实验结果利用虚拟示波器用时域波形方式在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。同时可以随机变换信号的参数，观察信号的幅值、频率、相位等主要信息，并分析采样频率和采样点数等对信号波形的影响。

三. 实验仪器和设备

计算机1台，虚拟实验平台1套，打印机1台。

四. 实验步骤及内容

1. 打开虚拟实验平台中的"信号分析"脚本，进行信号仿真实验。

2. 选择信号类型，输入相应的信号频率、相位、幅值和采样频率、采样点数等信息，点击工具栏上的“运行”按钮，分析和观察信号波形，可以根据需要更改波形显示方式，如数字量描述、模拟量描述、线性、颜色显示等。

3.重复实验2步骤，更换不用实验参数，观察性能参数对信号波形的影响。

4. 重复实验2步骤，选择不同信号进行分析和性能比较。

五.实验结果

实验过程中，将实验结果记录在下表：

六. 实验报告要求

1. 简述实验目的和原理。

2. 分别整理出四种信号的波形及相应的特性参数，进行波形比较和分析。

实验2 典型信号频谱分析