第5讲基于labview的信号处理
基于LabVIEW的信号处理的系统
1.实验名称基于LabVIEW的信号处理的系统设计2.实验类型综合设计性实验3.实验内容完成一个采集到的信号的三种处理的系统设计，要求该系统具有以下功能：1.对信号波形(采集到的信号为正弦信号)进行数据采集，并将采集的数据进行显示和改变（多通道改为相应单通道）。
2.将数据采集的信号通过傅立叶变换程序对信号进行变换，显示出时域信号和频域信号，并将采集到的时域信号储存到文档中。
3.将数据采集的信号通过自相关函数变换程序对信号进行变换，显示出变换后的信号。
4.将数据采集的信号进行变换来证明帕斯瓦尔定理。
5.把所有的波形通过波形Graph在前面板显示出来。
6.最后对结果进行分析与体会。
4.系统设计4．1三种变换的基本概念：1）傅立叶变换傅里叶变换（Transformée de Fourier）在物理学、数论、组合数学、信号处理、概率论、统计学、密码学、声学、光学、海洋学、结构动力学等领域都有着广泛的应用（例如在信号处理中，傅里叶变换的典型用途是将信号分解成幅值分量和频率分量）。
傅里叶变换是一种解决问题的方法，一种工具，一种看待问题的角度。
理解的关键是：一个连续的信号可以看作是一个个小信号的叠加，从时域叠加与从频域叠加都可以组成原来的信号，将信号这么分解后有助于处理。
2）自相关函数自相关函数是用来表征一个随机过程本身,在任意两个不同时刻t1, t2的状态之间的相关程度,因而是内在联系的一种度量,必须利用t=t1,t2时的二维概率密度函数进描述。
为此定义实随机信号的相关函数为:(1)可见式(1)表示随机信号X(t)本身,在任意两个不同时刻t1, t2的取值X(t1)和 X(t2)之间的关联程度.当t1=t2=t,则有x1= x2=x，故得(2)上式说明X(t)的均方值是其自相关函数在t1=t2时的特例。
3）帕斯瓦尔定理帕斯瓦尔定理指出，信号在时域中计算的信号总能量，等于在频域中计算的信号总能量。
4.2：系统设计图1）框图的设计：我设计的框图的步骤是先把每个小模块用到的东西找出来，再进行相应的连接。
基于LabVIEW的信号处理系统设计
理论研究新课程NEW CURRICULUM随着计算机技术的发展,新技术层出不穷,并飞速改变着人们生产生活的各个领域,虚拟仪器技术由于它具有设计方便、开发速度快、软硬件配套齐全、系统运行稳定等诸多优点,越来越多的受到人们的广泛关注。
这个概念由美国国家仪器公司(National Instrument,NI)于1986年第一次提出,近年来广泛应用于工业各领域中。
其推出的LabVIEW(实验室虚拟仪器工程平台)作为国内使用最为广泛的虚拟仪器软件平台,用于数据分析、采集及硬件仪器控制,可以进行图形化编程设计。
这一虚拟仪器平台的推出,开创了“软件即是仪器”的新领域,推动了虚拟仪器技术的发展。
《信号与系统》是高职院校电子信息类专业的专业基础课程,众多抽象的知识内容一直使该课程被专业学生认为是专业课中最难以理解的课程之首。
学生在课堂上面对着众多公式根本提不起学习兴趣,这个长期困扰我们的顽疾亟须要通过改变教学方法手段来解决。
1.系统设计信号处理系统的设计基于高职院校《信号与系统》的课程标准要求,内容情境设计参照项目化课程改革规范,运用“六步”教学法,确保设计内容能更好地服务课程教学。
信号处理系统由信号发生器、信号延迟处理模块、信号消噪处理模块和信号采样模块共四个主要部分组成。
(1)信号发生器信号发生器由正弦信号发生器和周期信号发生器组成。
它们的时域信号模型表示如下:正弦信号发生器可以产生可调振幅、频率的正弦信号波形,模型表示为公式(1)h(n)=R n sin(ω0n)u(n)0<R≤1(1)其中R表示正弦信号振幅,ω0表示正弦信号角频率。
周期信号发生器可以产生可调振幅、频率的周期信号波形,模型表示为公式(2)h(n)=h1(n)+h1(n-D)+h1(n-2D) (2)其中,h1(n)=b0δ(n)+b1δ(n-1)+b2δ(n-2)+…+b D-1δ[n-(D-1)],b0,b1,……b D-1均是同一周期内的参数,D表示该信号的周期。
基于LabVIEW的数据采集与信号处理
基金项目:河北省自然科学基金资助(NO.07M007)收稿日期:2007-08-08 收修改稿日期:2007-08-24基于LabVIEW 的数据采集与信号处理张丙才,刘 琳,高广峰,赵 朋(燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛 066004) 摘要:介绍了LabVIEW 7Express 开发环境下数据采集与信号处理的实现方式。
以计算机和US B2002数据采集卡为主要硬件,LabVIEW 为软件开发平台,构建了用于实现信号的采集与信号分析的多功能虚拟仪器系统。
系统可实现单通道、多通道数据的采集,信号分析,以及数据的存储和对历史数据的复现。
在降低设备成本的同时,该系统还具有友好的人机界面,并且方便进行维护和实现功能扩充。
该系统已应用在电力系统试验中,充分体现了方便、快捷、实用等诸多优势。
关键词:虚拟仪器;LabVIEW ;数据采集;信号分析中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2007)12-0074-02Data Acquisition and Signal Analysis B ased on LabVIEWZH ANG Bing 2cai ,LI U Lin ,G AO G uang 2feng ,ZH AO Peng(College of E lectric E ngineering ,Yansh an U niversity ,Q inhu angd ao 066004,China)Abstract :The realizing methods of the data acquisition and signal analysis was introduced based on LabVIEW 7Express.It set up a virtual instrumentation with the function of data acquisition and signal analysis ,based on computer and US B2002data acquisition card and s oftware of LabVIEW.The system includes the signal acquisition and control m odule which can realize the data acquisition with single channel or multi 2channels as well as mem ory and signal recall.Reducing the cost of the equipment ,the system can als o provide a friendly human 2machine interface.In addition ,it is convenient for the system maintenance and function expansion.It is als o convenient to the system maintenance and function expansion.The system has g ood verification and shows the superior performances in the power system.K ey w ords :virtual instrumentation ;LabVIEW ;data acquisition ;signal analysis 1 软件简介LabVIEW 是基于图形编译(G raphics ,G )语言的虚拟仪器软件开发平台,它具有数据采集、数据分析、信号生成、信号处理、输入输出控制等功能。
基于LabVIEW的信号调制与解调 virtual instrument
虚拟仪器专题实验————调制与解调班级：信息 83*****学号：********调制与解调一、实验目标通信系统在人、系统之间的信息传递上起着至关重要的作用。
在所有的通信系统中，源信息都要先被某一发射装置或是调制器所处理，以将它变化到在通信信道上最适合传输的形式，而在接收端又可通过适当的处理将信号给予恢复。
调制就是将一个载有信息的信号嵌入另一个信号的过程，以便于有效地传输信号。
为了简化，本实验只对幅度调制与解调进行演示。
载有信息的调制信号和某一正弦载波信号相乘就得到已调信号。
而信号时域的相乘带来的就是其在频域的频谱的搬移，即调制信号的频谱搬移到载波信号的频率上。
二、实验要求本实验要求对一个复信号（如复正弦信号），对其作幅度调制，表现出信号的频谱的翻转和搬移的确切过程。
要求包括普通AM，双边带和单边带三种幅度调制方式。
本实验的演示界面上至少应包括如下内容：1. 原始信号频率（可改变）；2. 载波频率（可改变）；3. 调制后的频谱和波形；4. 解调后的频谱和波形；三、实验说明1. 请注意频谱不对称的信号的产生方法，这是本实验唯一的难点。
2. 所编程序应该有适当的注释，包括框图窗口中的局部变量都需要注释。
每个功能块也需要说明，程序中也需要旁注。
3. 最后要形成一个详细的报告，包括VI 的设计，演示的原理，在完成的过程中所遇到的问题及解决方法和最终的心得等等。
四、实验设计及运行结果设计分析：调制实质上是实现频谱的向上搬移（故最简单的实现基于信号相乘），而解调则是与之相反（故最简单的实现仍是信号相乘），但是在搬移过程中，因为信号相乘的特性，会产生互调频谱，故要通过滤波器滤去不利频率。
具体实现如下。
1、普通AM调制1．AM调幅波的时域表达式;其中：为调幅指数，为调制信号；为载波信号；Labview设计：调制信号波形及频谱图-1 参数设置与信号波形图-2调制信号频谱图-3已调信号频谱图-4解调信号频谱图-5 AM调制程序框图2. DSB调制DSB调制波的时域表达式为：其中：为调制波为载波调制信号波形及频谱图6-DSB调制解调参数设定与时域波形图-7DSB调制解调信号频谱图图-8DSB调制解调已调信号频谱图图-9DSB调制解调解调信号频谱图图10-DSB调制解调程序框图3. SSB调制SSBSC信号产生方法：滤波法带通滤波器调制信号波形及频谱图-11 SSB调制解调图-12 SSB调制解调调制信号频谱图图-13 SSB调制解调已调信号频谱图图-14 SSB调制解调解调信号频谱图图-15 SSB调制解调程序框图五、问题分析及解决1. 在调制时，再将载波频率增加到1kHz以上时，程序容易出现问题。
基于LabVIEW的数据处理和信号分析
基于LabVIEW的数据处理和信号分析Liu Y anY ancheng Institute of Technology, Y ancheng, 224003, ChinaE-mail: yanchengliu@·【摘要】虚拟仪器技术是一种数据采集和信号分析的方法，它包括有关硬件，软件和它的函数库。
用虚拟仪器技术进行数据采集和信号分析包括数据采集，仪器控制，以及数据处理和网络服务器。
本文介绍了关于它的原则，并给出了一个采集数据和信号分析的例子。
结果表明，它在远程数据交流方面有很好的表现。
【关键词】虚拟仪器，信号处理，数据采集。
·Ⅰ.引言虚拟仪器是一种基于测试软硬件的计算机工作系统。
它的功能是由用户设计的，因为它灵活性和较低的硬件冗余，被广泛应用于测试及控制仪器领域，。
与传统仪器相比，LabVIEW 广泛应用于虚拟仪器与图形编程平台，并且是数据收集和控制领域的开发平台。
它主要应用于仪器控制，数据采集，数据分析和数据显示。
不同于传统的编程，它是一种图形化编程类程序，具有操作方便，界面友好，强大的数据分析可视化和工具控制等优点。
用户在LabVIEW 中可以创建32位编译程序，所以运行速度比以前更快。
执行文件与LabVIEW编译是独立分开的，并且可以独立于开发环境而单独运行。
虚拟仪器有以下优点：A：虚拟仪表板布局使用方便且设计灵活。
B：硬件功能由软件实现。
C：仪器的扩展功能是通过软件来更新，无需购买硬件设备。
D：大大缩短研究周期。
E：随着计算机技术的发展，设备可以连接并网络监控。
这里讨论的是该系统与计算机，数据采集卡和LabVIEW组成。
它可以分析的时间收集信号，频率范围：时域分析包括显示实时波形，测量电压，频率和期刊。
频域分析包括幅值谱，相位谱，功率谱，FFT变换和过滤器。
另外，自相关工艺和参数提取是实现信号的采集。
·II.系统的设计步骤软件是使用LabVIEW的AC6010Shared.dll。
基于LabVIEW的信号处理系统设计
运用 图形化设计方法 。系统在使用 中， 可 以在界 面进 入四个 辛模
信号处理系统的设计基于高职院校《 信号与系统》 的课 程标 准 块 ， 每个模块及下设的子系统都可 以实现数 据直观显示 ， 系统 交
２ ． 结 束 语
理模块和信号采样模块共 四个主要部分组成 。 （ １ ） 信号发生器
开发基 于虚拟仪器技术的信号处理系统 的创新之处在 于教学 理论与系统开发相结合。一方 面让学生在课堂授课时对于一些信
信号发生器由正弦信号发生器和周期信 号发 生器组成 。它们 号 的 定量 分 析 、 处 理形 成 图形 化 有 直 观认 识 ； 另 一 方 面 将 其 嵌 入 至
要求 ， 内容 情境设计 参照项 目化课程改 革规范 ， 运 用“ 六步 ” 教 学 性 突 出 ， 界面友好 ， 可扩展性强 ， 可 在 原 有 系 统 中 直 接 增 加 新 的 系 法， 确保设计 内容能更好地服务课程教学 。 信号处理系统由信号发生器 、 信号延迟处理模块 、 信号消噪处 统模块 ， 大大降低 了系统升级成本。
ｈ （ ｎ ） ＝ ８ （ ） ＋ ｃ （ ｎ — Ｄ） ＋ ８ （ 一 ２ Ｄ） ＋ …・ ・ ・ ＋ ６ （ ｎ — Ｎ Ｄ） （ ３ ）
其中 ａ 表示衰 减 因数 ， Ｄ表示延 迟 的时『 日 ］ ｌ 司隔 ， Ｎ表示延 迟 次数 ．
使用最为广泛的虚拟仪器软件平 台， 用于数据分析 、 采集及 硬件 仪
创 了“ 软件即是仪器” 的新领域 ， 推动 了虚拟仪器技术的发展 。
《 信号与系统》 是高职 院校 电子信息类专业 的专业基础课 程 ， 众多抽象的知识内容一直使该课程被专业学 生认 为是 专业课 中最
基于LabVIEW的信号处理系统设计
第 ｌ 期
笨于 Ｌ ｔ Ｉ Ｗ 的信号处珥！ ａＶ Ｅ 系统设ｉ Ｉ
・ ５・ ２
比雪夫滤 波 、贝赛 尔滤波 、椭 圆滤 波等 。
２ 系统菜单设计 与程序关联
系统的菜单设计依据系统的总体设计内容而定。整体构成采用Ｗｈｅ Ｌｏ 循环结构。程序前面板中的 ｉ ｏｐ ｌ “ 信号发生 ” 、 “ 型信 号分析 ” 、 “ 典 信号 相关性 分析 ” 、 “ 信号加 窗处 理 ” 、 “ 信号 滤波处 理” 、 “ 退
方波信 号 、锯齿 波信号 、ｊ 角波信 号 、脉 冲信 号 。 该软件 系统典 型信号分 析包 括时域 波形 、幅频谱 、 罔１系统 体结 樵图 总 构
相频谱 、虚频谱 、实频谱 、白 功率谱 ；相关性分析包括信号的 白 相关和互相关分析 ；加窗处理主要是对测
试信 号加 四种典 型 的窗 函数 ，包 括汉 宁窗 、海 明窗 、ｉ角窗 、矩形 窗 ；滤 波处理 主要 是 巴特 沃斯滤波 、切
在Ｅ＼ ： 我的盘、 径 中，子 Ｖ 动 态调』Ｊ 路 １ ｆ 采川 的是 Ｏ ｅ Ｉ ｆ ・ｌ 。 函数 、 ａ ｙＲ ｆ ｅ ｃ ｄ ． 数 、 ｌ ｅ ｐｎＶ ｅｅ Ｏ ｖ Ｒｅ ｒｌｅ ｉ Ｃ ｌＢ ｅｅ ｎ ｅ ｅ ｉ ｌ ｒ Ｎｏ ｖ Ｃｏ ｓ Ｌ ｂｅｔ ｅ ｒｎｅ ｉ 数 以及 Ｓｍ ｌ Ｅ ｒ ・ ａ ｄｅ． 程序 出错 处 函数 罔程 序五个 软按键 对应 ｆ Ｃ ｓ Ｖ Ｏ ｊｃ ｆ ｅ ｃ． Ｒ ｅ ｖ ｉ ｐｅ ｒ Ｈ ｔ ｌ ｖ ｍ ｉ ｒｉ ，框 ｌ ａｅ Ｉ Ｊ ，
在机械工程测试技术中，信号的分析 与处理是重要的环节… 。日前信号处理 的软件有很多，如 ｃ 语言 、
ＭＡ Ｌ Ｂ、 ａＶ Ｅ 等 ， 两种软 件要求 编程 比较 熟练 ， Ｔ Ａ Ｌｂ ＩＷ 前 而且 处理 功 能 、 计算 机接 口连接有一 定 的限制 。 与 Ｌｂ ＩＷ 是 目前ｉ试 领域 信号 处理 应用最 广泛和最 有前途 的编程语 言 ， 采用基 于数 据流技术 的 图形化 编 ａＶＥ 贝 ０ 它
基于LabVIEW的信号处理技术研究
基于LabVIEW的信号处理技术研究第一章：引言信号处理是一门重要的学科，广泛应用于通信、电子、医学和其他领域。
随着科学技术的发展，对信号处理技术的要求也越来越高。
本文将通过对基于LabVIEW的信号处理技术的研究，探讨其在实践中的应用和发展。
第二章：LabVIEW简介2.1 LabVIEW的特点LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程语言和开发环境。
其主要特点包括直观的可视化编程界面、庞大的函数库以及强大的数据分析和处理功能。
2.2 LabVIEW的应用领域LabVIEW广泛应用于工程、科研和教育领域，尤其在信号处理方面具有独特的优势。
通过LabVIEW，我们可以快速搭建信号采集系统、实现实时信号处理、进行数据分析和仿真等。
第三章：信号处理基础3.1 信号与系统信号可以是连续的或离散的，我们需要对信号进行采样与量化，并通过系统进行滤波、变换等操作，以提取其中的有用信息。
3.2 傅里叶变换傅里叶变换是一种重要的信号处理技术，可以将一个信号从时域变换到频域。
通过傅里叶变换，我们可以对信号的频谱进行分析，进而实现滤波、频域特征提取等操作。
3.3 小波变换小波变换是一种多尺度的信号处理技术，在时域和频域上都具有较好的分析性能。
通过小波变换，我们可以对信号进行局部分析，捕捉信号中的瞬态特征，并实现信号压缩和降噪等操作。
第四章：基于LabVIEW的信号处理技术4.1 信号采集与显示LabVIEW提供丰富的工具和函数，可以实现多种数据采集方式。
通过使用合适的硬件设备，我们可以将外部信号以模拟或数字形式输入到计算机中，并通过LabVIEW进行可视化显示。
4.2 实时信号处理LabVIEW具有强大的实时处理功能，能够在短时间内对信号进行采集、分析和处理，并实时显示结果。
基于LABVIEW信号处理器的设计
摘要利用LabVIEW建立更加简洁方便的虚拟示波仪,频谱分析仪等,产生原始信号并组成了对信号的分析处理系统。
首先是对原始信号进行时域波形显示,频域频谱显示。
最后再对滤波后的信号进行相关分析,除掉谐波干扰信号。
最终完成对所有干扰信号的过滤。
虚拟仪器的出现是测量仪器发展历史上的一场革命。
它充分利用最新的计算机技术来实现和扩展仪器的功能，用计算机屏幕可以简单地模拟大多数仪器的调节控制面板，以各种需要的形式表达并且输出检测结果，用计算机软件实现大部分信号的分析和处理,完成大多数控制和检测功能。
用户通过应用程序将一般的通用计算机与功能化模块硬件结合起来,通过友好的界面来操作计算机,就像在操作自己定义，自己设计的单个仪器,可完成对被测量的采集，分析，判断，控制，显示，数据存储等。
虚拟仪器是一种高效用于构建数据采集与监测系统图形化编程语言。
使用虚拟仪器，您快速创建用户界面，让您交互控制您的软件系统。
要指定您系统的功能，您只需装配块关系图—一种自然的设计表示科学家和工程师。
测量硬件紧密集成方便了数据采集、分析与演示文稿解决方案的快速发展。
关键词：LabVIEW 虚拟仪器前面板后面板ABSTRACTUsing LabVIEW to establish a more concise and convenient virtual oscilloscope, spectrum analyzer and so on, to produce the original signal and the composition of the signal analysis and processing system. The first is on the original signal time-domain waveform display, frequency spectrum display. Finally, the filtered signal correlation analysis, remove the harmonic interference signal. The final completion of all interference signal filtering.The emergence of virtual instrumentation is a revolution in the history of the development of measuring instruments. It fully utilizes the latest computer technology to implement and extend the instrument function. Using the image of a computer screen can be easily simulate a variety of equipment control panels to the needs expressed in the form of the output of test results. Using computer software to achieve most of the signal of the analysis and processing to complete a variety of control and test function. The user through the application of general-purpose computer program modules and features of the hardware together. Through friendly graphical interface to operate this computer. As in operating their own definition of individual instruments of their own design can be measured to complete the acquisition, analysis, determine, control, display, data storage and so on.LabVIEW is a highly productive graphical programming language for building data acquisition an instrumentation systems.With LabVIEW, you quickly create user interfaces that give you interactive control of your software system. To specify your system functionality,you simply assemble block diagrams - a natural design notation for scientists and engineers. Tis tight integration with measurementhardware facilitates rapid development of data acquisition ,analysis,and presentation solutions.Key words：LabVIEW ;virtual ; front panel ;back panel第一章引言1.1虚拟仪器所谓虚拟仪器,就是在以计算机为核心的硬件平台上,其功能由用户定义和设计,具有虚拟面板,其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。
基于labview的数字信号处理
基于LABVIEW的数字信号处理摘要：LabVIEW 是建立测试、测量和自动化应用的图标语言，使用灵活方便。
本文介绍了利用LabVIEW8.6 实现多路数据检测和分析方法的实现。
构建一集信号采集、存储、分析和处理的检测系统。
该系统可以同时检测三路电压和一路加速度信号。
并可以对检测到的信号进行滤波、曲线拟合和小波分析等运算。
系统界面友好，操作简单。
关键词：LABVIEW 多路信号滤波谐波分析0 引言本文设计的虚拟多路检测系统是基于虚拟仪器平台所开发的应用系统，主要完成了如何充分利用虚拟仪器平台的功能控件构建一个电压、频率信号的采集、存储、分析和处理为一体的多路检测系统。
建立在DAQ 采集卡基础上的虚拟仪器具有一机多用、用户自定义功能和使用维护方便等特点，代表了今后仪器的发展方向。
LabVIEW2012是虚拟仪器图形编程语言，它以软件为中心，利用计算机强大的计算、显示和处理能力，在计算机屏幕上组建用户自己的仪器和仪表。
实现了将仪器装入计算机。
1 系统的总体设计基于LABVIEW2012的多路采集系统设计包含以下部分：控制对象建模、数据采集、数据传输、数据处理、控制信号输出接口电路设计及其它附属功能的设计。
本设计采用虚拟仪器技术搭建基于LABVIEW2012软件开发平台的多路检测系统总体结构如图1 所示。
图1 系统总体结构图2 模拟信号选择采集的模拟信号主要分为三个部分组成，第一、均匀白噪声，第二50hz的干扰信号，第三45hz的参考信号。
在初始调试过程中可以用labview中信号合成单元将这三个信号经过合成，调试成模拟的采集信号，这样可以方便调试.3 自适应滤波器3.1 自适应滤波器的原理根据环境的改变，使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构。
这样的滤波器就称之为自适应滤波器。
自适应滤波器的原理图如图4所示：图3 采集信号的显示3.3 最陡下降法定义某一个加权向量w 的代价函数)(J w ,以初始假设值)0(w 开始，生成一个加权向量序列，⋯)2(),1(w w 代价函数)(w J 随着算法的每一次迭代而减小 ,即其中)(n w 为旧的加权向量，)1(+n w 为更新的加权向量。
第5章基于LabVIEW的滤波器设计
第5章 基于 LabVIEW 的滤波器设计 161
带衰减特性。要想取得好的衰减特性,一般要求系统的单位抽样响应截取的长度要长。其
主要的优点是:首先,FIR 滤波器的系统是稳定的;其次,FIR 滤波器可以做 到 严 格 的 线 性相移;最后,FIR 系统允许设计多通带 (或多阻带)的滤波器。
FIR 数字滤波器的幅频响应中带有纹波,其设计就是要在满足频率响应的同时合理地 分配纹波。FIR 数字滤波器的设计方法主要是建立在对理想滤波器频率特性作某种近似的 基础上,这些近似方法有窗函数法、频率抽样法及最佳一致逼近法等。
图 5-1 几 种 常 用 滤 波 器 的 理 想 频 率 响 应
由 图 5-1 可 知 , 对 于 几 种 常 用 滤 波 器 的 理 想 频 率 响 应 描 述 如 下 。 ● 低通滤波器对信号中低 于 某 一 频 率 fc 的 成 分 均 能 以 常 值 增 益 通 过,fc 称 为 低 通
滤波器的上截止频率。 ● 高通滤波器对信号高于 某 一 频 率 fc 的 成 分 均 能 以 常 值 增 益 通 过,fc 称 为 高 通 滤
160 精通 LabVIEW 信号处理
波器的下截止频率。 ● 带通滤波器对信 号 中 高 于 某 一 频 率 fc1 和 低 于 频 率 fc2 的 成 分 以 常 值 增 益 通 过,
数字滤波器是数字信号处理最重要的内容之一,滤波器设计是信号的频域分析中的另 一个非常重要的应用。滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器,分别处理模拟信号和数字信 号。与模拟滤波器相比,数字滤波器具有下列优点:
● 可以用软件编程。 ● 稳定性高,可预测。 ● 不会因温度、湿度的影响产生误差,不需要精度组件。 ● 很高的性能价格比。 下面几种滤波操作都基于滤波器设计技术: ● 平滑窗口。 ● 无限冲激响应 (IIR) 或者递归数字滤波器。 ● 有限冲激响应 (FIR) 或者非递归数字滤波器。 ● 非线性滤波器。 在测试 VI中是使用数字滤波器。由于滤波器的分类方法很多,其参数类型也比较多, 所以,用户在 LabVIEW 中使用数字滤波器 VI时特别注意参数的设置。 另外,在 LabVIEW 中,对信号的滤波操作有两种方法:一种是用户自 己 通 过 编 程 实 现对信号的滤波和变换,这样能够作出特别适合自己的滤波程序,能很好地达到自己的要 求,但是编程相对来说比较复杂,程序可读性较差;另一种是调用 LabVIEW 中 滤 波 器 设 计的函数节点,这样编程方便而且速度快,程序执行效率高,本章重点介绍第二种方法。 本章首先介绍数字滤波器的相关知识,与模拟滤波器相比有何优点,以及在实际的应用 中如何选择适当的滤波器,然后重点讲述基于 LabVIEW 的数字滤波器的设计实现,包括有 限冲激响应 (FIR)滤波器和无限冲激响应 (IIR)滤波器的设计实现,重点讲述 LabVIEW 中巴特沃斯 (Butterworth)滤波器、切比雪夫 (Chebyshev)滤波器、椭圆 (Elliptic) 滤波 器和贝塞尔 (Bessel)滤波器函数 VI的使用,本章最后讲述基于 LabVIEW 的中值滤波器 及自适应滤波器的设计实现。
基于Labview的信号采集与处理
基于Labview 的信号采集与处理实验目的：了解、掌握连续时间信号数字化处理的原理、过程及分析方法；实验环境：Labview 软件平台、信号采集卡（DAQ, Data Acquisition ），信号源及示波器等；实验方案：信号处理示意图信号采集与恢复流程图实验准备：连接信号源、采集卡、示波器，要求用示波器观测处理前后的信号波形。
连线：采用采集卡的输入端口信号源（68正，34负）和输出端口示波器（22正，55负）其中输入端口连信号源，输出端口连示波器做实验前必须先确定采样频率（10倍），采样点数（时域默认3000点）以及恢复滤波器的截止频率（相当于第二个）等。
实验内容：1．实现正弦波信号的采样恢复处理。
信号频率分别选500Hz, 1kHz,, 观察信号的时、频域分布，并比较分析信号处理前后的波形变化。
2．实现周期性方波信号的采样恢复处理。
信号的基波频率分别选1kHz, 10kHz, 观察信号的时、频域分布，并比较分析信号处理前后的波形变化。
3．把基波频率为10kHz的周期性方波信号进行采样，最终输出为10kHz 的正弦信号，在示波器中进行观察分析。
4．一个频率为2kHz的正弦波混杂了一个50Hz的工频干扰，试用数字滤波器进行滤波处理，输出纯净的正弦波形。
（注：市电电压的频率为50Hz，它会以电磁波的辐射形式，对人们的日常生活造成干扰，我们把这种干扰称之为工频干扰。
）思考题：1．对欲采集处理的信号首先必须确定哪些技术指标？2．采样点数的选取怎样影响信号的频率特性？3．信号经过采集处理，恢复后与原信号有何不同？4．通过本次实验有什么收获和建议？请写出你的实验小结。
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基于LabVIEW的医学信号处理程序设计
Virtual Instrument Technology
式中各项参数的意义同上。
滤波速度快，对相位没有要求的 IIR 滤波器。本设
贝塞尔 (Bessel) 模拟低通滤波器的特点是在零 计 主 要 采 用 Butterworth 滤 波 器 和 Chebyshev 滤 波
频时具有最平坦的群延迟，并在整个通带内群延迟
性。
的界面，在这一界面上有控制量和显示量两类对象。
椭圆 (Elliptic) 模拟低通原型滤波器的平方幅值 在前面板中，控制量模拟了仪器的输入装置并把数
响应函数为 ：
据提供给 VI 的框图程序 ；而显示量则是模拟了仪
H(jω)2 = A(ω2 )= 1 1+ µ 2EN2 ⎜⎝⎛ωωc ⎟⎠⎞
（6）
21整体程序框图为了整体效果的美观大方本设计在程序中利用了case选择框它的前面板用一个下拉框表来实现选择不同滤波器模式的功能每个都设置了多种不同的模式并且针对每个滤波器都设有低通高通带通带阻的理想滤波器选择项当我们观察在不同滤波器下的滤波效果时可以切换到不同的模式观察滤波部分的程序框图如图1所示
2010 年 8 月 第8期
2.2 运行结果与分析
2.2.1 运行结果图 本 文 针 对 信 号 处 理 的 不 同 方 法， 选 择 几 个 较
为实用的滤波器进行设计，对输入的信号进行处理， 经过滤波后使得其得到较理想的结果图如图 2—图 5 所示。 2.2.2 结果分析
生 物 医 学 信 号 由 于 受 到 人 体 诸 多 因 素 的 影 响， 因而有着一般信号所没有的特点。正是因为生物医 学信号的这个特点，使得生物医学信号处理成为当 代信号处理技术最可发挥其威力的一个重要领域。
函数 Besselap 用于设计 Bessel 模拟低通滤波器原型， 的。
LabVIEW的数据采集与信号处理.doc
LabVIEW的数据采集与信号处理摘要: 针对虚拟仪器技术具有性能高, 易于实现硬件和软件集成等特点, 将虚拟仪器技术和LabvIEW 应用于测试领域。
以计算机和NI 9201 数据采集卡为硬件, 以LabVIEW8. 6 软件作为开发平台, 构建了数据采集与信号处理的虚拟测试系统。
系统由信号源和信号处理模块组成。
关键词:虚拟仪器; LabVIEW; 数据采集; 信号处理虚拟仪器是指以通用计算机作为系统控制器, 由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的一种计算机仪器系统。
NI 公司开发的LabVIEW 是目前最为成功的虚拟仪器软件之一, 它是一种基于G 语言的32 位编译型图形化编程语言, 其图形化界面可以方便地进行虚拟仪器的开发, 并在测试测量、数据采集、仪器控制、数字信号处理等领域得到了广泛的应用。
1虚拟仪器测试系统的结构以美国国家仪器公司N I 的LabV IEW8. 6 作为开发平台, 配合NI 公司的N I 9201 数据采集卡作为硬件实现该测试系统的设计。
该系统可实现单、双通道的模拟信号的采集、虚拟信号的产生, 同时完成对信号的分析与处理, 测试系统的核心是前端数据采集和后续信号处理。
虚拟仪器测试系统的结构框图如图1 所示。
图1 虚拟仪器测试系统的结构框图2 程序设计模块该测试系统体现了NI公司提出的软件即是仪器的思想, 以LabVIEW8.6为平台, 设计的虚拟仪器能够完成对数据采集卡采集的模拟信号进行分析与处理, 同时, 利用LabVIEW 的强大功能, 开发了虚拟信号发生器模块, 使得该虚拟仪器对仿真信号进行分析与处理。
也即该测试系统的信号源包括: 数据采集卡采集的模拟信号; 虚拟信号发生器模块产生的仿真信号。
据采集与信号处理系统的结构框图如图2 所示。
图2数据采集及信号处理系统的结构框图2. 1. 1 数据采集卡采集的模拟信号以NI 公司的NI 9201 数据采集卡作为硬件, 实现该数据采集系统的设计。
利用LabVIEW实现信号处理
利用LabVIEW实现信号处理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的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携带。
而基于LabVIEW设计的虚拟频谱分析仪，用软件代替硬件，价格低，便于工程技术人员完成现场信号的采集、处理及频谱分析。
现今最有代表性的图形化编辑软件——LabVIEW，用之模拟从DAQ板卡中采集到一路带有均匀白噪声的正弦信号，显示其波形，并分析、显示其幅频特性曲线以及相频特性曲线。
另外本文还根据LabVIEW中的子程序，实现了语音信号的录音与播放。
关键词虚拟仪器数据采集总线LabVIEW1.1 LabVIEW简介LabVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench——实验室虚拟仪器工程平台)的概念,是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合,是构建虚拟仪器的理想工具。
LabVIEW和仪器系统的数据采集、分析、显示部分一起协调工作, 是简化了而又更易于使用的基于图形化编程语言G的开发环境。
LabVIEW集成了很多仪器硬件库,如GPIB/VXI/PXI/基于计算机的仪器、RS232/485协议、插入式数据采集、模拟/数字/计数器Ｉ/Ｏ、信号调理、分布式数据采集、图像获取和机器视觉、运动控制、PLC/数据日志等。
与传统的编程方式相比,使用LabVIEW设计虚拟仪器,可以提高效率4～10倍。
同时,利用其模块化和递归方式,用户可以在很短的时间内构建、设计和更改自己的虚拟仪器系统。
1.2用LabVIEW设计虚拟仪器的步骤LabVIEW编程一般要经过以下几个步骤。
1、总体设计：根据用户需求，进行VI总体结构设计，确定面板布局与程序流程，并保证所使用的虚拟仪器硬件在LabVIEW函数库中有相应的驱动程序。
2、前面板设计：在LabVIEW的前面板编辑窗口内，利用工具模板和控件模板进行VI 前面板的设计。
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小波降噪
• 基于小波的降噪方法适合于宽频、时变、多尺度信号 的降噪
降噪方法比较
移动平均
低通
小波
去除成分
高频
幅频响应 类型
低通滤波
过渡带 低频衰减
较长 (与平均长度有关)
较大 (与平均长度有关)
优势
简单易用
高频
有选择地去除高频
低通滤波
可控 (与滤波器设计有关)
可控 (与滤波器设计有关)
低通并保留高频幅度较 大部分
• 软件滤波
– 这节课我们所讨论的内容 – 已经经过了采样和数字化，通过软件对数字信号进行处理
• 两者比较
– 软件滤波配置简单，几乎无成本，随时间无老化效应 – 硬件滤波不需要占用处理器资源 – 软件滤波可能在某些噪声条件下效果较差 – 两者可能同时使用
降噪的挑战 – 宽频、时变、多尺度
• 移动平均和低通滤波不适用于宽频、时变、多尺度信 号的降噪
LabVIEW中的信号分析与处理常用函数
数学选板
数字滤波器设计*
频谱测量*
高级信号处理 (时频分析、小波分析等)*
信号处理函数选板
声音与振动*
调制解调*
结合硬件进行信号处理
同一应用程序 多种目标硬件
Wireless USB
PCI
CompactDAQ
PXI
ELVIS
无论你的数据来自于何种数据采集平台，LabVIEW数据采集和信号处理的程序是一样的
通过MathScript节点调用Matlab代码
• LabVIEW中内置的文本数学语言， 提 供 900 多 个 数 学 、 信 号 处 理 函 数
• 兼容m文件脚本语法和对矩阵的 操作，可以重用m-script代码并验 证算法
• 可与LabVIEW图形化编程结合， 实现交互式的图形化用户界面
• 快速的硬件实现与原型化
预处理
参数测量 域变换 建模
信号预处理——降噪
• 信号噪声一般指信号中的高频次要部分 • 常用降噪方法
– 移动平均 – 低通滤波 – 小波降噪
移动平均
• 移动平均是一种特定的低通滤波器，去除信号中的高 频噪声
– 平均长度越长，截止频率越低 – 低频幅度有一定的衰减
移动平均对信号幅度的影响
• 低频幅度有一定的衰减，衰减程度随平均长度的增加 而增大
低通滤波器设计
• 使用滤波器设计Express VI设计低通滤波器，用于去除 高频噪声
• 可灵活调整滤波器的频响，以去除高频噪声同时又尽 可能保持低频成分的幅度
滤波器Express VI
• 选择滤波器类型
− 低通 − 高通 − 带通 − 带阻 − 平滑
• 选择滤波器规范
− 截止频率 − FIR或IIR − 阶数
信号 处理 函数
输入信号
信号
处理
函数
Vrms2 500 Hz 完美的正弦曲线
信号处理的系统流程
数据采集
参数测量 预处理 信号分析域变换
建模
交互显示
选择合适的信号处理算法
信号预处理
• 信号预处理的目的
– 降噪、去直流、去漂移等 – 量纲、物理量转换
• 常用的信号预处理方法包括
– 移动平均 – 滤波 – 积分、微分 – 重采样 –…
• 交互式地直接调试
– 可以根据实际测量数据实时尝试不同的信号处理算法效果，决定 最终的算法
• 开发效率高
– 内置超过1,000种现成的信号处理函数，可直接调用
• 概率统计、微积分、曲线拟合插值、最优化等数学函数 • 频谱分析、小波、时频、滤波器设计、特征提取、多通道分析等 • 调制/解调等
– 也可以编写自定义的信号处理算法
图形化编程 VI前面板
调试探针 (Probe) Express VI
参数测量
• 频率、周期与相位 • 直流分量、有效值(RMS) • 脉冲参数：占空比、超调比等 • 总谐波失真(THD)、SINAD • 振动级、声压级 • 谐振频率、阻尼
预处理
参数测量 域变换 建模
参数测量的应用
域变换
• 变换是信号处理的精髓
– 换个角度看问题 – 变换可能使得信号的隐藏特征显而易见
• 常用变换域
– 频域 – 尺度域 – 时频域 – 角度域
预处理
参数测量 域变换 建模
频率 短时宽带信号
信号按时频特征分类
长时间持续的窄带信号 短时窄带信号
时间
选择合适的变换域
傅立叶变换 小波变换 联合时频
LabVIEW信号处理实际应用举例
• 鸟巢体育场结构健康监测
应用
基于LabVIEW与CompactRIO平台， 对2008北京奥运体育场进行连续 时间振动监测，包括结构模型验 证、监测突发事件等工作
...
Kinemetrics Seismic Sensors
（非线性）
与小波类型有关
与小波类型有关
性能可控
非平稳信号效果好
使用LabVIEW做信号预处理的优势
• 丰富的函数
– 滤波器设计、重采样、抽样、插值、去直流、曲线拟合、小 波降噪、小波去趋势、时变滤波等等
• LabVIEW交互式的环境便于完成需要反复试验(Trial and error)的预处理任务
– 没有以整数周期进行采样的信号生成高频不连续成分，从而导致频谱泄漏 – 频谱泄漏导致频率测量失真，因为不连续部分的高频能量会在频谱扩散
1个周期
不连续
频谱泄漏
整数周期 —
无泄漏
非整数周期 —
泄漏
加窗可减少频谱泄漏对频谱分析的影响
• 加窗可加强信号部分，减弱其它 部分
• 加窗可以将不连续部分的幅值最 小化
参数测量例3——正弦参数提取
• 传统方法
– 功率峰值法：精度受频谱泄漏和谱线密度影响 – 零点检测法：精度受噪声影响
• LabVIEW中使用的三点法
– 专利技术 – 消除频谱泄漏影响 – 高精度
Demo
使用LabVIEW做参数测量的优势
• LabVIEW的函数专门针对工业应用
– 函数功能强大，调用现成VI完成参数测量任务 – 隐藏底层算法，符合工业标准的设置方式 – 包含单位量纲，自动给出测量结果的量纲
举例
• 基于myDAQ实现声音信号的采集和声强分析及阈值报警
– 采集音乐信号 – 设阈值并监控 – 根据警报值输出
举例
• 进一步实现在线音效处理（功率谱分析和滤波均衡）
调用文本语言下的信号处理代码
• 通过公式节点和MathScript节点可在LabVIEW中调用文本语言程序
• 也可以通过调用DLL等方式连接文本语言的编译结果（可自学）
角度(阶次)域
f
t
LabVIEW变换函数的特点
• 功能全面
– FFT、Hilbert变换、Hartley变换、Walsh Hadamard变换、联合时 频率变换、小波变换
• 函数设计针对在线应用
– 函数运算速度足够快 – 函数自动处理相邻信号块的衔接问题
• 例：Online Gabor Transform、Online Gabor Expansion
确定部分 (用模型系数表示)
随机部分 (建模残差)
AR建模应用实例 - 硬盘异音自动检测
Good Pitch Crack Zee
在实际生产线上，可以通过AR建模残差的大小来检测故障
在实际的信号处理应用中使用LabVIEW
• 与硬件无缝连接
– 易于获取真实数据，随后直接进行信号处理 – 针对在线信号处理的函数接口设计
• 减少频谱泄漏 • 加窗对幅值和相位的效果、不同
窗函数的影响效果等内容可参考 《数字信号处理》课程或相关参 考书
参数测量例2——FRF
• 一个函数完成一台传统频谱分析仪的主要功能
– 系统的激励和响应信号作为输入，直接输出系统的FRF – 加窗、平均、H1、H2、H3等设置 – 直接在LabVIEW前面板显示频响函数
LabVIEW中时频分析的应用举例
演示
• 深海中虎鲸的叫声…
建模分析
应用1. 系统识别
– 控制器设计 – 预测 – 状态监测
预处理
参数测量 域变换 建模
应用2. 随机信号参数建模
系统辨识工具包
随机信号建模
• 自回归模型 (AR)
e(n)
y(n) H (z)
M
y(n) ak y(n k) e(n) k 1
• 直观显示效果
− 便于调整参数 达到理想效果
LabVIEW中的数字滤波器函数
数字滤波器设计工具包*
最简单的: 滤波器Express VI
滤波器函数
关于各种数字滤波器的特点和参数影响不 是本课程关注的重点，可参考《数字信号 处理》课程及相关参考书
软件滤波与硬件滤波
• 硬件滤波
– 在上一课中我们提到“滤波”是一类重要的信号调理手段 – 通过模拟电路直接对模拟信号进行处理，在数字化采样之前发生
通过MathScript节点调用Matlab代码
LabVIEW信号处理实际应用举例
• 波音777客机的起降噪声源定位
应用
波 音 公 司 使 用LabVIEW 实 现 超 过 300通道振动信号的同步采样与分 析，分析飞机起降噪声来源，从 而对发动机外壳进行优化，降低 了客机起飞时的噪声，同时降低 油耗
• 电声设备特性测量
– 音箱、耳机、麦克风、功放等 – 频响、THD等参数
• 土木与机械结构动态特性测量
– 谐振频率、阻尼
• 其他应用
– 汽车 – 生产线自动质量控制系统
参数测量例1——频谱测量
可交互式地对参数进 行配置（如选择不同 的窗函数等）