第7章分析软件

第7章

分析软件

第7讲主要内容

7.1概述

7.2信号产生

7.3信号的频域分析

7.4数字滤波器

7.5波形测量VIs7.6波形监测

7.7曲线拟合7.1概述

虚拟仪器的组成:

信号的获取与采集；

信号的分析与处理；（AdvancedAnalysis软件）

结果的表达和显示。

AdvancedAnalysis软件：信号的产生、数据信号处理、测量、数据滤波、概率统计、线性代数、曲线拟合、矩阵运算、数值分析…信号分析子模板（演示）波形测量

波形测量;

波形调理;

波形监测;

波形产生;

信号处理;

数学分析。本章重点

仿真信号的产生信号的频谱分析波形测量数字滤波波形监测曲线拟合

学习目标：1.熟悉并使用仿真信号产生模块,能够构建简单函数信号发生器,建立数字化频率的概念。2.学习如何使用RealFFTVI,对一个信号进行频谱分析。3.学习如何应用频域分析模块构建简单频谱分析仪。4.学习如何应用数字滤波器从含有噪声的信号中提取有用信号。5.熟悉波形测量VI，实现电压、频率、谐波失真、脉冲参数等常用参数的测量。6.熟悉常用的曲线拟合模块及其应用，并能够设计曲线拟合仪。7．2信号产生

7.2.1数字信号的产生与数字化频率概念正弦波信号：

u(t)=

Asin(ωt+θ0)

ΔT为采样间隔，T为信号周期，设一个周期内的采样点数为n

，则

T=nΔT

采样频率：

fs

=1/ΔT

fx=1/Tx=1/(nΔT)=fS/

nu(iΔT)=Asin(2πi/n+θ0)

设f=fx/fS=1/n

u(i)=Asin(3600×f×i+θ0)

数字化频率(f):f=模拟频率/采样频率

7.2.2信号产生子模板简介

使用数字频率控制的VI:正弦波、三角波、方波、锯齿波、任意波形及线性扫频波。1。SineWave(正弦波)节点及使用

samples:生成波形的总点数n（默认值为128）。Amplitude:生成波形的幅值（默认值为1.0）。

f:信号的数字频率（默认值为1.0/128.0）。

phasein:生成波形的初始相位，单位为度（默认值为0.0）

resetphase:默认值为true。当为

True时,函数以

phasein的值作为初始相位。如果该值为

False,函数以上一次调用后的

phaseout输出值为此次波形的初始相位,此时产的信号波形是连续光滑的。

SineWave:数组名。该数组内存放所生成的波形数据。

phaseout:当reset

phase为True

时,该参数无效；当resetphase为False时,该参数作为下一次生成正弦波的初始相位。error:错误代码。若有错误,则输出错误代码SineWave节点的应用实例例7.2.1产生一个指定频率的正弦波。前面板：框图程序：例7.2.2数字频率的深层认识。

目的:调节信号频率、采样频率、采样点数，观察这些参数的变化对显示正弦波结果的影响，进一步认识关于数字化频率的意义。数字频率单位（Hz）=fx/fs=周期数/s÷采样点数/s

数字频率单位(T)=周期数/采样点数

(信号f与fs无关

)

7.2.3波形产生（WaveformGeneration）子模板简介

波形产生模块的特点（波形数据：波形数据以簇的形式给出）起始时间t0、采样时间间隔dt

指定波形数组

波形产生模块及应用举例(演示)

1.BasicFunctionGeneratorVI节点：产生正弦波、三角波、方波、锯齿波offset：是信号的直流偏置（默认值为0.0）。resetsignal：该端口为布尔值。signaltype:波形产生类型，默认值为正弦波。frequency：生成波形频率，单位为Hz（默认值：10）。amplitude：生成波形的幅度，指峰值（默认值：1）。phase：生成波形的初始相位，单位度（默认值：0）。samplinginfo：包含Fs和#s采样信息的控制簇，其中Fs是采样频率（采样点数/s,默认值：1000，#s是波形采样点数(默认值：1000)。Dutycycle:方波占空比（默认值：50%）。signalout:波形数据输出端，数据类型为簇，包括指定信号的一维采样数据数组及起始时间t0和采样时间间隔dt三项簇成员，其中dt取决于采样频率。Phaseout:波形相位，单位为度例7.2.3使用BasicFunctionGeneratorVI节点构建函数发生器。前面板框图程序2．多频信号的产生与应用实例3．FormulaWaveform（公式波形）VI节点及应用实例7.3信号的频域分析7.3.1快速傅里叶变换FFT1.什么是FFT？(实数，复数)2.如何使用RealFFTVI？

频域子模板例7.3.1双边傅里叶变换例7.3.2单边傅里叶变换从FFT计算结果中提取：从0~fs/2的正频率信息。7.3.2信号的频谱分析

例7.3.3使用AmplitudeandPhaseSpectrumVI计算一个信号的频谱分量。7.3.3谐波失真分析1。什么是谐波失真？

2。谐波失真定义：

3。如何对一个信号的谐波失真进行分析？

HarmonicAnalyzerVI节点简介例7.3.4使用谐波分析VI计算谐波失真。y(t)=x(t)+0.001x2(t)+0.002x3(t)

第七章

分析软件（二）第八讲

7.4数字滤波器1。作用：提取所需的信号，抑制不需要的干扰信号2。分类：低通、高通、带通、带阻

理想滤波器

实际滤波器：过渡带宽，通带纹波和阻带衰减

数字滤波器设计：FIR（有限脉冲响应）

IIR（无限脉冲响应）

7.4.2数字滤波器应用实例

滤波器子模板（13）使用：只需输入参数

滤波器的阶数、截止频率、阻带和通带

例7.4.1使用低通滤波器提取正弦波（演示）

目的：用数字滤波器从含有高频噪声的采样数据中提取正弦信号。

此例输入信号为一正弦波，并加入一个白噪声以模拟信号传输中的随机干扰信号，在程序中设计了一个低通巴特沃斯滤波器，以滤除信号中的噪声分量，提取10Hz正弦信号。例7.4.1框图程序7.5波形测量VIs波形测量子模板

7.5.1交/直流电压测量例7.5.1BasicAveragedDC-RMS节点的使用。

目的：应用BasicAveragedDC-RMS节点分别从输入信号提取交、直流电压成分，以构成数字电压表。对叠加有直流成分的合成电压具有隔直作用，可实现交流电压有效值和直流电压的检测。交直流电压测量.vi

7.5.2频率测量1。ExtractSingleToneInformation节点图标

该节点功能：

可提取振幅最大的谐波信号信息，可用于检测信号基频的频率、幅度和相位，并可由advancedsearch控制端口指定搜索频段。

例7.5.2应用ExtractSingleToneInformationVI,实现信号频率的测量。7.6波形监测

波形监测子模板7.6.1BasicLevelTriggerDetection

(基本电平触发检测)VI

7.6.2触发检测模块的应用举例（演示）7.7曲线拟合7.7.1概述

相关物理量近似函数表达式描述

y=f(x,a,b,…)曲线拟合的目的：是找出一系列参数的最佳估值，通过这些最佳参数，可使拟合曲线与实际数据之间的误差为最小。

曲线拟合的算法称为最小平方法。误差被定义为：

e(a)=[f(x,a)-y(x)]2令a={a0,a1}

y(x)是实测数据，f(x,a)是由一组实验数据估计出来的回归方程式，a是使误差平方和为最小的最佳系数或参数。离散系统：

f表示拟合数据，y表示实测数据，n表示采样点数。LabVIEW中曲线拟合类型

*线性拟合－把实验数据拟合为y=mx+c直线形式：

y[i]=a0+a1*x[i]*指数拟合－把数据拟合为y=aexp(bx)指数曲线:y[i]=a0*exp(a1*X[i])*多项式拟合－把数据拟合为y=a+bx+cx^2+…多项式曲线：

y[i]=a0+a1*X[i]+a2*x[i]^2…*通用线性拟合－将数据拟合为下述形式：

y[i]=a0+a1*f1(X[i])+a2*f2(X[i])…*非线性Lev–Mar拟合—

将数据拟合为

y[i]=f(X[i],a0,a1,a2…)7.7.2曲线拟合应用消除测量噪声填充丢失数据点插值（估计采样数据点之间的数据，例如，若两次测量采样间隔不是足够小时）推断（估计数据点之外的数据，例如对测量前后的数据估计）获取某个基于离散测量的物体的速度（一阶导数）和加速度（二阶导数）的轨迹。7.7.3曲线拟合VI

1.Linearfit（线性拟合）VI

2．Exponentialfit（指数拟合）VI3．Generalpolynomialfit（通用多项式拟合）VI

曲线拟合子模板7.6.4曲线拟合应用实例

例7.5.1对给定实验数据进行线性拟合。

例7.5.2对给定实验数据进行多项式拟合。

y[i]=a0+a1*t[i]+a2*t[i]^2…，7.6.5曲线拟合仪设计

设计目的：设计一台实用的曲线拟合仪，由用户选择实验数据的输入方式。对已给定的实验数据，用户可方便的选用线性、指数、多项式３中曲线拟合方式，并直观地给出各种拟合方式的拟合结果,此VI还具有保存实验数据的功能。7.8本章小结

1.数字频率=模拟频率/采样频率。

2.LabVIEW在波形产生子模板提供了许多仿真信号产生模块，这些模型为包含起始时间t0、采样时间间隔dt和波形数组的簇。

3.LabVIEW的高级软件分析库为信号与系统分析提供了丰富的模块，可对信号进行各时域频域的分析。

4.FFT是一种快速离散傅立叶变换（DFT）的