您好,欢迎来到划驼旅游。
搜索
您的当前位置:首页基于LabVIEW的信号分析处理系统

基于LabVIEW的信号分析处理系统

来源:划驼旅游
维普资讯 http://www.cqvip.com

山西电子技术 2006年第5期 应用实践 基于LabVIEW的信号分析处理系统 王志娟 金秀慧 (德州学院机电工程系,山东德州253015) 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,初步观察信号的组成,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。 关键词:LabVIEW;虚拟仪器;前面板;后面板 中图分类号:TP391.9。TN911.72 文献标识码:A O引言 由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速发展极其 和子程序。一个VI由交互式用户接口(称为前面板)、数据 流框图和图标连接端口组成。 在电子测量技术与仪器领域中的应用,新的测试理论、新的 测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现。电子 测量仪器的功能和作用已发生质的变化,其中计算机处于核 心地位,计算机软件技术和测试系统更紧密的结合成一个有 机整体,导致仪器的结构、概念和设计观点等也发生突破性 的变化。在上述的背景下,出现了新的仪器概念——虚拟仪 器…。 0.1虚拟仪器 1设计方案 本文开发的一套基于虚拟仪器的信号分析处理系统主 要包括信号的生成、数字示波器、虚拟频谱分析仪等。 本设计系统的主要流程简化图如图1所示。 2数字信号处理 本设计主要是针对数字信号进行分析处理。数字信号 处理是数据采集系统和测试仪器系统设计和分析的一个重 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 虚拟仪器的实质是利 用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,以 多种形式表达输出检测结果;利用计算机强大的软件功能实 现信号数据的运算、分析和处理;利用I/O接口设备完成信 号的采集、测量与调试,从而完成各种测试功能的一种计算 机仪器系统_3。虚拟仪器在工程应用和社会经济效益方面 3_具有突出的优势。构造一个虚拟仪器系统时,在硬件设备的 基础上。可以通过不同的软件实现不同的功能。软件是虚拟 仪器系统的关键。目前比较流行的软件开发技术是面向对象 的编程技术。图形化编程环境是软件工作中最为流行的发 展趋势,主要有 等[ 。 O.2 LabvIEW 要组成部分,测量信号的采集总是与数字信号处理紧密联系 在一起。 2.1傅里叶变换和FFT变换 使用计算机完成信号处理:[作的要求导致了离散傅里 叶变换的产生。计算机只能处理离散且有限长度的数据,要 用计算机完成频谱分析和其他方面的工作,通常的处理方法 是通过对模拟信号x(t)采样得到离散序列X(n)。实际信号 可能是有限长的,也可能是无限长的。若x(n)为有限长序 列,则令长度为N;若x(n)是无限长的,可用矩形窗将其截 成N点,然后将这N点序列视:勾周期序列;( )的一个周 期,即;( )是有x(n)作周期延拓而得的。离散傅里叶变换 (Ⅸ )的定义为 N一1 公司的VEE和NI公司的LabVIEW X(k):∑ ( )e-JN ̄nk k=0,1,…,N一1 : 反变换为 .N一】 . LabVIEW程序称为虚拟仪器或简称vI(Virtual Instm— ments)。LabVIEW不同于基于文本的编辑语言,它是一种 ( )=・ :x(忌) ‘’ =0 对于离散傅里叶变换。求出N点x(k)需要N2次复数 乘法,N(N一1)次复数加法。每次复数乘法需要做四次实数 乘法,两次实数加法。因此计算N点X(k)总共需要做4N2 次实数乘法和4N(N一0.5)次实数加法。DFT运算中包含 大量重复运算,充分利用这一性质可以简化DFT运算。J. 图形化编程语言——通常称为G编程语言。其编程过程就 是通过图形符号描述程序的行为。LabVIEW程序之所以称 为虚拟仪器,是因为它们具有物理系统或仪器的外观感觉。 vI及其组件类似于文本编辑语言C和Fortran中的主程序 收稿日期:2006—04—29修回日期:2006—06—27 第一作者王志娟女30岁 讲师硕士研究生 维普资讯 http://www.cqvip.com

第5期 w・coO y和J’ ・王志娟,等:基于LabVIEW的信号分析处理系统 Turkey于 965年提出了快速傅里叶 Nlog2N次复数乘法。 一 17 (FFT)算法,计算N点DFT的计算量由N2次复数乘法降为 .图1主要流程图 2.1.2频域分析 LabVIEW高级分析库中的频域分析模块提供了丰富的 如果对某个线性系统(例如某个部件、结构或某台机床)激 振,那么所得到的振动信号中常常含有大量的噪声干扰。根 信号频域分析函数,包括傅里叶变换、Hilbert变换、小波变 换、Hartley变换、功率谱分析、联合时域分析、谐波分析、系统 辨识等[ 。 据线性系统的频率保持特性,只有和激振频率相同的成分才 可能是由激振引起的响应,其它成分均是干扰_5。因此只要 5j将激振信号和响应信号进行互相关(不必时移,r=0)处理, 就可以得到由激振引起的响应幅值和相位差。这样,就可以 得到所研究的对象在该激振频率下从激振点到测量点间幅、 相传输特性。如果改变激振频率,就可以得到响应的频率响 应函数。 本设计用到了Real H .vi模块。其图标和端口为 x !!:!E Ⅺ,该模块具有实数快速傅里叶变换功能, 即输入为实数数组,输出结果为复数数组。如果输入数组长 度为2的整数次幂,则调用H 算法,否则调用DFT算法。 2.2相关分析 设信号的N点采样序列为x(n),Y(n),LabVIEW中使 用的互相关函数定义为 ro。 相关有自相关和互相关之分,本设计主要利用互相关分 析。下面,对互相关分析进行简单介绍。 算法为 R (r)=l z(t)y(t十r)dt o。 对于各态历经过程,两个随机信号x(t)和y(t)的互相关 函数R (r)定义为 r(7 )= k:x(k)Y(k十m) 。。。=——0 T %=恕行1 J(£).),(£十r)dt 2.3 LabVIEW中的时域分析模块 LabVIEW中,相关分析的功能由时域分析模块提供。 由于 时域分析摸板提供的其它功能还有卷积、逆卷积、直交流成 ,L 、舰 』TTl[ (£)一 ][.),(£十r)一 ]}dt ——————— —————一 分检测、微分、积分、尖峰捕获、门限检测、过度分析等 6。由 于Cross—Correlation时域分析模块具有求信号的互相关函数 的功能,即可以进行LabVIEW中互相关函数的定义和计算, 故本设计中用到了Cross—Correlation模块。 舰 』T-Tx(t)y(t十r)dt一 6 一 2.4滤波器的选择及频谱分析 常用的滤波器有巴特沃斯滤波器,切比雪夫工型、Ⅱ型 二 6 因为l l≤1,故知 一峨≤码(r)≤ y十峨 滤波器,椭圆型滤波器等,其中椭圆型滤波器是比较理想的, 它的通带阻带均为等波纹,可以把误差均匀分布在通带和阻 带内。所以本设计采用椭圆型滤波器。 对于多数随机过程,若x(t)和y(t)之间没有同频率的周 期成分,那么当移r很大时就彼此无关,即 (r—o。)一0, (r—oo)一 。互相关函数在工程中有很重要的应用, 3设计的具体内容 前面对本设计所涉及到的labVIEw中的内容做了介 它是在噪声背景下提取有用信息的一个非常有效的手段。 维普资讯 http://www.cqvip.com

18 山西电子技术 2006年 绍。根据本设计的设计方案(图1主要流程图)在labVIEW 中一步步实现。 很容易看到高频噪声被滤掉了。 最后再对滤波后的信号进行相关分析,图5是本设计中 的信号相关分析部分,现在有两个信号,一个信号的频率是 25Hz正弦信号,另一个是频率:勾50Hz的干扰正弦信号,现 在我们要保留前者去除干扰,利用相关分析很容易就能办 到,此时要注意欲保留信号频率的引用,从图8后两个窗 首先是对原始信号的生成,原始信号中包括一个要最终 保留的标准正弦信号、一个谐波干扰信号、一个高频噪声信 号。其中标准正弦信号和谐波干扰信号的参数是可调的。 高频噪声产生后要经过高通滤波以确保其高频性,本高通滤 波器的截止频率为1000Hz。图6是本设计的框图程序,其左 口中很容易就能看出频率为50}{z的干扰波被去除掉了,剩 上部分的作用是产生原始信号。 接下来开始对该信号进行分析处理。首先是对原始信 号进行时域波形显示,频域频谱显示,初步观察信号的组成。 在本系统中,频谱分析是不可少的辅助分析功能模块。根据 本设计的需要选择幅值谱。 频谱分析涉及到傅里叶变换,傅里叶变换是数字信号处 理中最重要的变换之一,其意义在于将时域信号与频域信号 联系起来。一般的傅里叶变换VI的输出都是双边频谱,实 际上,频谱中绝对值相同的正负频率对应的信号频率是相同 的,负频率只是由于数学变换才出现的,所以,将负频率对应 的频谱加到相应的正频率上,即去掉负频率对应的频谱,然 后将正频率对应的幅值加倍,零频率对应的频谱不变。图2 是本设计所用的双边傅里叶变换转化成单边傅里叶变换的 功能模板,图3为本设计所用的FFT单边变换的功能模板。 图4是利用图2和图3程序所变换后的信号时域和频域图。 其中图3中的 是子VI,代表图2的框图程序。 图2傅里叶交换 图3 兀 交换 原岵信号 P1。t 0豳 {0凸 = 0 j-0 25 20∞40 s0 6o T0 i 0 25 s0 100 I 2s Is0 175 2∞ n-・ j h・ ・n y 图4时域频域显示 本设计的结果显示如图8中前两个窗口所示,可以明显 看到原始信号由一个25Hz一个50Hz和一些噪声信号组成; 接着对原始信号进行低通滤波处理,以去除掉高频噪声 该 低通滤波器的截止频率为lOOHz,即只允许低于100Hz的信 号通过,如图8中间两个窗口所示,为经滤波后的原始信号, 下的只有频率是25Hz的标准正:弦信号,达到了本设计的要 求。 图5相:关分析 图中圈是修正程序1其具体程序框图女口下图7所示 一一一一 = 霸  图7修正程序 (下转第37页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

第5期 参考文献 陈洁,等:基于MATLAB7.0的信号调制与解调分析 37 [4] 薛定宇,陈阳泉.基于MATI AB/S;mulinl【的系统仿真 技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.3. [1] 张志涌,徐彦琴.MATLAB教程——基于6.X版本 [M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.4. [2] 曾兴雯,刘乃安,陈健.高频电路原理与分析[M].西 安:西安电子科技大学出版社,2001.3. [3] 刘永健.信号与线性系统[M].北京:人民邮电出版社,[5]张葛祥.MATLAB仿真技术与应用[M].北京:清华大 学出版社,2003.6. [6]WayneTomas.ElectronicCommunicationsSystemsFun. damentals Through advanced(Fourth Edition)[M].Bei一 1998.4. Jing Publishing House of Eledtuonics Industry,2002. Signal Modulation and Demodulation Analysis Based 0n MATLAB7.0 Chen Jie Jiao Zhen. (1.Department ofElectronicCommunicationsEngineeHng, Jiangsu InformationProfessional TechnologyInstitute,WuMJiangsu 214061,Chian; 2.Department ofMechanical and Electrical,Jiangsu Information Prfoessional Technology Institute,wM Jiangsu 214061,Chian) Abstract:The modulation and demodulation is one of the important questions on the application of signal processing,but the sys— tern simulation and the analysis are the importnat step and the essentila guarantee in designs.This article first briefly introduces that the script document is established with MATLAB7.0 language,transfers the corresponding function to the sign ̄to carry on each kind of modulation,produces some kind of modulated wave,then carries on the demodulation simulation using the SIM[ULINK too1. box to it,it also provides the good basis through the change of coresponding parameter observation result for system desing and the improvement.Moreover.it also may carries on computer simulation about“High-frequency circuit”and“Singal And System”disci— pline,which are open in the universitise,colleges and instimtes. Key words:MATLAB7.0;modulation;demodulation;spectral analysis;simulation (上接第18页) 行了较为系统的理论和实验研究,得到如下结果: 1)利用虚拟仪器技术实现了虚拟示波器,虚拟频谱仪 等仪器,可以实现波形显示、相关性分析、频谱分析等功能。 能够提供过去很难在基础实验中提供的测量仪器。 2)使用虚拟仪器开发平台LabVIEw进行编程,实现了 对有复杂干扰信号的提取和较为全面的分析。 3)对干扰信号进行了可变处理,本设计实用性强,实验 结果可观性强。 参考文献 [1] 刘君华,郭会军,赵向阳,等.基于LabVIEW的虚拟仪器 设计IN].北京:电子工业出版社,2003 1:100—106. [2](美)Bishop,R.H.著,乔瑞萍等译.LabVlEW 6i实用 教程[M].北京:电子工业出版社,2003.1:36—38. [3] 吴立力.信号采集系统中的数据传输、显示与处理 [D].北京:北京工业大学,2001.5:5—6. [4] 张小牛,侯国屏,赵伟.虚拟仪器技术回顾与展望[J]. 测控技术,2000。19(9):20—21. 图8本设计的前面板 [5] LabVIEW Help.USA:National Isntruments Corpora. tion.19—25. 4结论 [6]徐科军.信号处理技术[M].武汉:武N.AS-大学出版 本文结合现有条件,围绕虚拟实验仪器的设计和实现进 社.2002.1l:58—65. Processing System of Signal Analysis Based on LabVIEW Wang Zhi-juan Jin Xiu—hui (MechanicalElectronicEngineeringDepartment,Dezhou University.ShandongDezhou 253000,Chian) Abstract:The desing in this paper establishes a more succinct convenient hypothesized instrument nad the spectrum analyzer and os on with the using of LabVIEW.which can produce the original singal and buildup processing system for singal analysis.It produces the primary singal fisrt to carry on the display of time domain,the display of frequency domain and frequency spectrum,and ocmpose the observing signal;finally it carries on the ocrelation analysis again after the singal filtered to remove the harmonic interference sig— na1.Finally it completes the filterign work to lal unwanted signa1. Key words:LabVIEW;hypothesized isntrument;front panel;rear panel 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- huatuo6.com 版权所有 湘ICP备2023023988号-11

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务