LabVIEW编程及虚拟仪器设计(第八讲)解读

经 “函数”选板 -> “信号处理”途径，还可找到更 多用于信号分析与处理的功能函数。
随着LabVIEW版本的不断翻新，为更便于用户 的使用，LabVIEW将函数类型丰富为了三种，即： 基本函数、波形函数以及Express VI。
基本平均直流-均方根：按照选定的加窗和平均类 型计算波形的直流分量（DC)和均方极值（RMS) 平均直流-均方根：按照设定平均类型和时间长度计算 波形的DC和RMS，可输出DC和RMS数值的波形。 周期平均值和均方根：计算信号的周期平均值和均方根 瞬态特性测量：瞬态测量包括持续时间（上升或下降时 间），摆动率、前冲及过冲等。 脉冲测量：脉冲测量包括周期、脉宽和占空比等 幅值和电平：返回波形的幅值、最高电平和最低电平
FFT频谱（实部-虚部）：FFT谱分析（实部-虚部形式）
频率响应函数（幅度-相位）：计算系统的频率响应， 输入为系统的激励和响应的时域信号，输出是系统 的幅频特性和相频特性。
频率响应函数（实部-虚部）：计算系统的频率响应， 输入为系统的激励和响应的时域信号，输出是以实 部和虚部的形式反映系统的频率特性。 交叉谱（幅度-相位）：互功率谱分析（幅度-相位形式）
《LabVIEW编程及虚拟 仪器设计》
第八讲：测量信号的分析与处理
测量信号的分析与处理（1）
因测量环境中常存在各种可能的干扰量，故实际测量中采 集到的信号往往不仅是所关心的信号本身，而还伴有不希望 的其它成分。对采集信号的分析与处理，即指如何有效地将 采得的数字化信号中的各种干扰消除掉，或最大程度地将其 削弱，从而得到（提取出）所关心的有用信号。
NI帮助-- 分析与处理信号->电平测量
测量信号的分析与处理（6）
• 给被测信号“加窗”（a）
基于计算机构建的虚拟仪器只能分析/处理有限长的数字信 号，被测信号x(t)以T（采样时间或采样长度）被截取一段送入 计算机，就称为被截断，相当于加了“矩形窗”——将信号突 然截断，致使在很宽频率范围内向被测信号中添加了另外的成 分。附加频率成分不属于x(t)，被称为“频谱泄漏”。频谱泄漏 会带来如下问题： ① 使信号的频域曲线上产生许多“皱纹”、频率分辨率降低； ② 如果信号为幅值一大一小、频率很接近的两正弦波信号 的合成，因泄漏，在频域，幅值小信号可能被“淹没”； ③ 所关注信号的频率f0附近的频率特性曲线部分可能过于平 缓，致使无法准确确定f0的值。 为减少频谱泄漏，可采用变化相对缓慢的非矩形窗函数对被 测信号进行截断；这被称为给被测信号“加窗”。
测量信号的分析与处理（4）
• “函数”选板 -> “信号处理” -> “波形生成”->“仿真信号”
测量信号的分析与处理（5）
实施测量任务时，经数据采集卡采到的是时域波形的抽样 信号——采样信号。在时域可分析处理信号的时域特征，如信 号随时间的变化趋势、幅值大小，极值等等。 被测信号也有频率特征，如其中含有不同频率成分等。为 分析信号的频率特征，需要将获得的时域波形的采样信号转换 到频域去分析处理。在频域分析信号的基本方法是傅立叶变换 法，其快速实现方法又称FFT，且由它逐渐派生出很多种用于 在频域分析处理信号的功能函数。对信号进行频域分析（包括 频谱分析和扫频分析），能获得在时域测量中得不到的频率特 征信息，如谐波分量、寄生、交调、噪声边带等。
测量信号的分析与处理（2）
经“函数”选板 ->Express -> “信号分析”途径，可找 到13个用于信号分析与处理的用Express VI。
由此途径可找到的用于信号分析与处理的快速VI 即Express VI，大多由基本函数构成。
频谱测量：进行基于FFT的频谱测量，如信号的平均幅 度频谱、功率谱和相位谱。 失真测量：对信号进行失真测量，如音频分析、总谐波 失真（THD)、信号与噪声失真比（SINAD)。
曲线拟合：根据所选的模型类型，计算最能代表输入数据的数 学模型系数。
滤波器：通过滤波器和窗对信号进行处理。 统计：返回波形中第一个通道信号的平均值、均方根、方差等 选中参数。
卷积和相关：在输入信号上进行卷积、反卷积、相关等操作。
仿真信号：产生正弦、方波、三角波、锯齿波和噪声等仿真信
号。
信号掩区和边界测试：在信号上进行边界测试、该Express VI 根据用户设定的上下边界比较信号。 创建直方图：创建信号的直方图。
提取单频信息：在指定频段提取幅值最大的成分频率信号、 可输出抽取出的信号的波形、频率、幅值及相位。
提取混合单频信息：返回幅值超过“阈值”的信号的频 率、幅值和相位。 谐波失真分析：谐波分析 SINAD分析：含噪声信号的谐波分析 FFT功率谱：计算信号的功率谱 FFT功率谱密度：计算信号的功率谱密度 FFT频谱（幅度-相位）：FFT谱分析（幅度-相位形式） 例题：信号谱分析.VI
• 对被测信号进行FFT变换举例（A）
例如，产生一个周期信号，然后对它做FFT，可以得到其 幅度和相位频谱。
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“函数”选板 -> “信号处理” -> “波形测量”->“频谱测量”
• 对被测信号进行FFT变换举例（B）
现象：幅度谱存在有 “泄漏”现象。这是因为 采集到的被测信号的样本 数有限。增加样本数，情 况会有所改善，但不能完 全消除。
单频测量：输出混频信号中具有最高幅值的频率成分 的信息（幅值、频率、相位），或在指定频率范围内查找混 频信号中具有最高幅值的频率成分的信息。 双通道谱测量：根据A通道（作为激励）和B通道(作 为响应）的输入信号，测量其对应系统的频率响应。
幅值和电平测量：测量信号的电压 信号的时间与瞬态特性测量：测量信号（通常是脉冲） 的瞬态特性，如频率、周期、占空比。
delta频率是介于相邻单 频频率间的幅值。delta 单频幅值该数组的元素为单频的 频率必须是Fs/#s的倍数。 幅值。数组的大小确定生成的单 默认值为100。 如起始 频数量。 频率为100 Hz，delta频 率为10，单频幅值数组 例题：带幅值的基本混合单频信号发生器 .VI 将包含三个元素，即 100Hz、110Hz和120Hz。
交叉谱（实部-虚部）：互功率谱分析（实部-虚部形式）
1、信号的产生
编程→信号处理→波形产生
例题
函数发生器.VI
起始频率是生成的最低单 频频率。值必须是Fs/#s 的倍数。默认值为10。
幅值是所有单频的缩放标准，即 波形的最大绝对值。默认值为-1。 将波形输出至模拟输出通道时， 可使用幅值。如硬件可输出的最 大值为5伏，可将幅值设置为5。 如幅值 为0，将不进行缩放。