實驗一 LabVIEW中的信號分析與處理

1、實驗一 LabVIEW中的信號分析與處理一、實驗目的：  1、熟悉各類頻譜分析VI的操作方法； 2、熟悉數(shù)字濾波器的使用方法； 3、熟悉諧波失真分析VI的使用方法。二、實驗原理： 1、信號的頻譜分析是指用獨立的頻率分量來表示信號； 將時域信號變換到頻域，以顯示在時域無法觀察到的信號特征，主要是信號的頻率成分以及各頻率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信號都是數(shù)字信號，對其進行頻譜分析主要使用快速傅立葉變換(FFT)算法： ·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信號的幅頻特性和相頻特性，其輸出為單邊幅頻圖和相頻圖。 

2、3;“FFT.vi”以一維數(shù)組的形式返回時間信號的快速傅里葉運算結(jié)果，其輸出為雙邊頻譜圖，在使用時注意設(shè)置FFT Size為2的冪。 ·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也輸出單邊頻譜，主要用于對一維數(shù)組進行頻譜分析，需要注意的是，需要設(shè)置其dt（輸入信號的采樣周期）端口的數(shù)據(jù)。 2、數(shù)字濾波器的作用是對信號進行濾波，只允許特定頻率成份的信號通過。濾波器的主要類型分為低通、高通、帶通、帶阻等，在使用LabVIEW中的數(shù)字濾波器時，需要正確設(shè)置濾波器的截止頻率（注意區(qū)分模擬頻率和數(shù)字頻率）和階數(shù)。 3、“Harmonic Distortion Anal

3、yzer .vi”用于分析輸入的波形數(shù)據(jù)的諧波失真度（THD），該vi還可分析出被測波形的基波頻率和各階次諧波的電平值。三、實驗內(nèi)容： (1) 時域信號的頻譜分析 設(shè)計一個VI，使用4個Sine Waveform.vi（正弦波形）生成頻率分別為10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分別為1V、2V、3V、4V的4個正弦信號（采樣頻率都設(shè)置為1kHz，采樣點數(shù)都設(shè)置為1000點），將這4個正弦信號相加并觀察其時域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi對這4個正弦信號相加得出的信號進行FFT頻譜分析，觀察其幅頻和相頻圖，并截圖保存。(2) 數(shù)字濾波器VI的使用

4、對步驟(1)中由4個正弦波形相加得出的時域波形，再疊加上一個幅值為5V的白噪聲波形（采樣頻率都設(shè)置為1kHz，采樣點數(shù)都設(shè)置為1000點），使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi觀察其頻譜，然后使用一個巴特沃斯帶通濾波器濾除其中的10Hz、30Hz和 100Hz的頻率成份，觀察濾波之后的時域波形，并分析其頻譜，截圖保存。(3) 諧波失真分析 假設(shè)波形x(t)為使用1個Sine Waveform.vi（正弦波形）生成的頻率為10Hz，幅值為1V的正弦波形，使用Harmonic Distortion Analyzer .vi 對波形y(t)=x(t)+0.1x2(t) +0.2x3(t)進行諧波失真分析，觀察基波頻率、諧波失真度THD和各階次諧波電平（最高3次諧波），截圖保存。 四、實驗報告 在實驗步驟（2）-中，能否使用帶通濾波器完全濾除白噪聲信號？請簡述原因； 答：不能，因為白噪聲的頻譜是無限寬的，接近50Hz的部分不能被帶通濾波器濾除，因此采用該方法無法完全濾除噪聲。 濾波器的階數(shù)對濾波效果有何影響？該如何設(shè)置濾波器的階數(shù)？ 答：階數(shù)越高，則其滾降的速度就越快；但也不是越高越好，階數(shù)太高也會導致波形失真?？梢酝ㄟ^觀察波形圖來調(diào)節(jié)階數(shù)，這樣可以取得最適階數(shù)。實驗總結(jié)： 通過本次實驗，我熟悉了各類頻譜分析VI