虛擬儀器技術(shù)chap33

3.5數(shù)字濾波器在虛擬儀器中

的應(yīng)用及其軟件實(shí)現(xiàn)

第1頁/共77頁第一頁，共78頁。

濾波器分類按濾波器電路中是否帶有有源器件分無源濾波器有源濾波器低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器其他類型通帶的濾波器按能通過的頻率范圍分安處理信號(hào)的性質(zhì)分模擬濾波器數(shù)字濾波器有限沖擊響應(yīng)濾波器(FIR)無限沖擊響應(yīng)濾波器(IIR)第2頁/共77頁第二頁，共78頁。調(diào)用數(shù)字濾波器子程序的幾個(gè)問題在調(diào)用數(shù)字濾波器程序時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問題：

1.調(diào)用時(shí)的參數(shù)設(shè)置

2．濾波過程的響應(yīng)時(shí)間

3.A/D前的抗混濾波器第3頁/共77頁第三頁，共78頁。調(diào)用時(shí)的參數(shù)設(shè)置1)濾波器類型選擇2)截止頻率確定3)采樣頻率設(shè)定4)濾波器的階數(shù)5)紋波幅度

第4頁/共77頁第四頁，共78頁。2．濾波過程的響應(yīng)時(shí)間輸入信號(hào)經(jīng)過數(shù)字濾波器，相當(dāng)于輸入信號(hào)和數(shù)字濾波器的單位抽樣響應(yīng)進(jìn)行卷積運(yùn)算，從運(yùn)算的時(shí)間零點(diǎn)到獲得正確的濾波結(jié)果，中間會(huì)有一個(gè)過渡過程，需要一定的響應(yīng)時(shí)間。在后續(xù)處理時(shí)應(yīng)該忽略這一段開始的濾波結(jié)果。第5頁/共77頁第五頁，共78頁。3.A/D前的抗混濾波器A/D轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)時(shí)，若采樣頻率未滿足采樣定理，會(huì)產(chǎn)生頻域混疊，這時(shí)信號(hào)中頻率大于1/2采樣頻率的高頻成分已經(jīng)混進(jìn)數(shù)字信號(hào)的低頻段。數(shù)字濾波器是不可能將這些混在一起的頻率成分再分離的，因此數(shù)字濾波并不能完全取代A/D轉(zhuǎn)換之前的模擬抗混濾波。第6頁/共77頁第六頁，共78頁。在LabVIEW中應(yīng)用濾波器LabVIEW中提供了許多現(xiàn)成的濾波器VI，分成了ExpressVI、波形VI和基本功能VI3個(gè)層次。

1.ExpressVI中的濾波器針對所有類型的濾波器的選項(xiàng)；

2.波形VI分成了IIR濾波器和FIR濾波器兩個(gè)VI；

3.在基本功能VI的子模板中，根據(jù)濾波器的最佳逼近特性提供了多個(gè)比較豐富的濾波器VI。

第7頁/共77頁第七頁，共78頁。1．ExpressVI中的濾波器VIExpressVI中的濾波器VI(Filter.Vi)處于Functions→SignalAnalysis子模板中，其參數(shù)設(shè)置框圖如圖3-36所示。圖3-36Filter．vi帶通IIR濾波器參數(shù)設(shè)置框圖濾波器參數(shù)設(shè)置預(yù)覽窗口預(yù)覽模式設(shè)定第8頁/共77頁第八頁，共78頁。Filter的參數(shù)設(shè)置（1）濾波器參數(shù)設(shè)置

首先選擇濾波器類型，有低通、高通、帶通、帶阻和平滑濾波器(Smoothing)的選項(xiàng)5種，選擇前面4種時(shí)，需設(shè)置濾波器的上和(或)下截止頻率，有限沖擊響應(yīng)濾波器的序列長度，無限沖擊響應(yīng)濾波器的最佳逼近函數(shù)和階次,最佳逼近函數(shù)有巴特沃茲、切比雪夫、反切比雪夫、貝塞爾和橢圓濾波器5個(gè)選項(xiàng)。若濾波器類型選擇平滑濾波器，需要設(shè)置的參數(shù)則是移動(dòng)平均的窗函數(shù)選擇和移動(dòng)平均的半長度設(shè)定、指數(shù)窗平均的時(shí)間常數(shù)。平滑濾波器主要作用：對信號(hào)進(jìn)行局部平均，消除周期性噪聲或白噪聲。第9頁/共77頁第九頁，共78頁。3-37中的輸入信號(hào)預(yù)覽窗口和輸出信號(hào)預(yù)覽窗口顯示了利用三角窗進(jìn)行白噪聲移動(dòng)平均的效果。圖3-37Filter．vi平滑濾波器參數(shù)設(shè)置框圖第10頁/共77頁第十頁，共78頁。（2）預(yù)覽模式設(shè)定和預(yù)覽窗口顯示當(dāng)預(yù)覽模式選定為觀察信號(hào)時(shí)，兩個(gè)預(yù)覽窗口分別顯示濾波輸入和輸出信號(hào)的時(shí)域波形；當(dāng)預(yù)覽模式選定為觀察頻譜時(shí)，兩個(gè)預(yù)覽窗口分別顯示濾波輸入和輸出信號(hào)的頻譜圖；當(dāng)預(yù)覽模式選定為觀察頻率響應(yīng)函數(shù)時(shí)，兩個(gè)預(yù)覽窗口分別顯示濾波器頻率響應(yīng)函數(shù)的幅值特性和相位特性曲線。第11頁/共77頁第十一頁，共78頁。例：在LabVIEW中用Filter．vi進(jìn)行濾波。如圖3-38所示為一個(gè)檢測三角波基頻信號(hào)的測試VI(ExpressFilter．vi)的前后面板。

圖3-38檢測三角波基頻信號(hào)的測試VI前面板原始三角波信號(hào)檢測出來的基波信號(hào)第12頁/共77頁第十二頁，共78頁。圖3-38檢測三角波基頻信號(hào)的測試VI后面板由仿真信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生頻率為20Hz、幅值為1、初始相位為0的三角波信號(hào)，經(jīng)過截止頻率為40Hz的4階低通巴特沃茲濾波器進(jìn)行時(shí)域處理，就能提取出其基波。第13頁/共77頁第十三頁，共78頁。根據(jù)信號(hào)的基本知識(shí)，三角波由奇次倍頻的諧波組成，經(jīng)過上面濾波器后，只有基波(20Hz)的信號(hào)成分保留下來。原始三角波信號(hào)和檢測出來的基波信號(hào)相位不一致，是因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過濾波器有一個(gè)時(shí)間延遲。

第14頁/共77頁第十四頁，共78頁。2.波形Ⅵ中的濾波器VI波形VI中的濾波器VI處于AllFunctions→Analyze→WaveformConditioning中，共有數(shù)字IIR濾波器和數(shù)字FIR濾波器兩個(gè)VI(DigitalIIRfilter.vi和DigitalFIRfilter.vi)。參數(shù)設(shè)定方式：Express濾波器VI使用對話框；波形VI使用傳統(tǒng)的端口方式第15頁/共77頁第十五頁，共78頁。表3-10DigitalIIRFilter．vi的端口含義及設(shè)置第16頁/共77頁第十六頁，共78頁。波形濾波器Ⅵ和Express濾波器VI的重要區(qū)別：Express濾波器VI只能是一個(gè)濾波器對一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理，波形濾波器VI可以擴(kuò)展至多個(gè)不同特性的濾波器對多個(gè)不同的信號(hào)進(jìn)行處理。第17頁/共77頁第十七頁，共78頁。

例：應(yīng)用波形濾波器VI進(jìn)行多通道信號(hào)多種參數(shù)濾波。WaveformFilter.vi。

兩路輸入信號(hào)是頻率為20Hz的三角波和頻率為10Hz的方波，幅值都為1，初始相位都為0。第18頁/共77頁第十八頁，共78頁。圖3-39b)WaveformFilter．vi的前面板第19頁/共77頁第十九頁，共78頁。圖3-39b)WaveformFilter．vi的后面板后面板中分別設(shè)置了兩個(gè)不同的濾波器參數(shù)，為了分別檢測出兩個(gè)信號(hào)的基波信號(hào)；前面板中則顯示了兩通道輸入信號(hào)、檢測出來的基波信號(hào)，以及對方波信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波器幅頻特性及相頻特性曲線。第20頁/共77頁第二十頁，共78頁。3.基本功能Ⅵ中的濾波器VI基本功能VI中的濾波器Ⅵ的到達(dá)途徑是AllFunctions→Analyze→

SignalProcessing→Filters，其功能子模板參見圖3-40。圖3-40濾波器子模板(Filter)第21頁/共77頁第二十一頁，共78頁。3.6信號(hào)和系統(tǒng)的頻率分析技術(shù)

及其軟件實(shí)現(xiàn)測試技術(shù)中的譜分析是指把時(shí)間域的各種動(dòng)態(tài)信號(hào)通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻率域進(jìn)行分析，內(nèi)容包括：①頻譜分析：包括幅值譜和相位譜、實(shí)部頻譜和虛部頻譜；②功率譜分析：包括自譜和互譜；③頻率響應(yīng)函數(shù)分析：系統(tǒng)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)頻譜之比；④相干函數(shù)分析：系統(tǒng)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間譜的相關(guān)程度。第22頁/共77頁第二十二頁，共78頁。離散傅里葉變換DFT和FFT基本概念在計(jì)算機(jī)中處理的信號(hào)是采樣后的離散有限長時(shí)間序列x(n)，時(shí)域與頻域轉(zhuǎn)換使用的算法是離散傅里葉變換（DFT）和反變換（IDFT），對應(yīng)的離散頻譜為X(K)，計(jì)算公式如下：第23頁/共77頁第二十三頁，共78頁。DFT計(jì)算求N出點(diǎn)的X(K)

，需要次復(fù)數(shù)乘法，而快速傅里葉變換FFT的原理與DFT相同，是DFT在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)的快速方法。FFT運(yùn)算要求點(diǎn)數(shù)N為2的整數(shù)次冪(如N=210=1024)時(shí)，計(jì)算速度最快。

第24頁/共77頁第二十四頁，共78頁。2．FFT存在的誤差及其解決辦法用DFT進(jìn)行測試信號(hào)頻域特性分析存在主要誤差有量化誤差、混疊、泄漏和柵欄效應(yīng)等，誤差產(chǎn)生原因：量化誤差混疊誤差泄漏或截?cái)嗾`差柵欄效應(yīng)第25頁/共77頁第二十五頁，共78頁。（1）量化誤差模擬信號(hào)幅值是連續(xù)變化的，而數(shù)字信號(hào)的幅值是跳躍式的，模擬信號(hào)在數(shù)字化過程中采樣點(diǎn)的幅值若落在兩相鄰量化值之間，就要舍入到相近的一個(gè)量化值上，這樣就造成了量化誤差。量化誤差的最大值為數(shù)字編碼最后位所代表值的1/2。減小量化誤差，提高量化精度的方法：選用量化位數(shù)多的模數(shù)轉(zhuǎn)換集成芯片；在信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之前先經(jīng)過程控放大器進(jìn)行放大，這樣小電壓經(jīng)過放大后再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，量化誤差的值相對原始信號(hào)值就小了。第26頁/共77頁第二十六頁，共78頁。

（2）混疊誤差如果模擬信號(hào)x(t)的頻譜是一限帶信號(hào)，其信號(hào)中最高頻率為，對時(shí)域作采樣時(shí)的采樣頻率如果小于所處理信號(hào)中的最高頻率的兩倍，就會(huì)產(chǎn)生頻譜混疊。減小混疊誤差：第27頁/共77頁第二十七頁，共78頁。

（3）泄漏或截?cái)嗾`差計(jì)算機(jī)可處理的長度總是有限的，而信號(hào)的長度可以是無限長的，這樣在處理信號(hào)時(shí)必然就進(jìn)行了長度上的截?cái)?，截?cái)喾椒ㄊ牵簩o限長的信號(hào)乘以窗函數(shù)(Windowfunction)。信號(hào)被截?cái)嘁院螅漕l譜等于原信號(hào)的頻譜和窗函數(shù)頻譜的卷積，其頻譜會(huì)發(fā)生畸變，原來集中的能量會(huì)被分散到一個(gè)比較寬的頻帶中去，這種現(xiàn)象稱之為泄漏。

減小泄漏或截?cái)嗾`差第28頁/共77頁第二十八頁，共78頁。（4）柵欄效應(yīng)

在進(jìn)行FFT的過程中，最后需對信號(hào)的頻譜進(jìn)行采樣。經(jīng)過采樣所顯示出來的頻譜僅在各采樣點(diǎn)上，而不在此類點(diǎn)上的頻譜都顯示不出來，即使在其他點(diǎn)上有重要的峰值也會(huì)被忽略，這就是柵欄效應(yīng)。這一效應(yīng)對于周期信號(hào)尤為嚴(yán)重，因?yàn)橹芷谛盘?hào)頻譜是離散的。柵欄效應(yīng)解決措施

——“整周期截取”。而對于非周期信號(hào)，如果希望減小柵欄效應(yīng)的影響，盡可能多地觀察到譜線，則需要提高頻譜的分辨率。頻譜的分辨率等于處理信號(hào)的時(shí)間長度的倒數(shù)，即△f=1/T=fs/N。第29頁/共77頁第二十九頁，共78頁。以上4種誤差比較，量化誤差是無論如何都無法完全避免的，只能盡量減??；混疊誤差在選取合適的采樣頻率及預(yù)先進(jìn)行抗混濾波后是完全可以避免的；泄漏和柵欄效應(yīng)對于周期信號(hào)而言，如果進(jìn)行了整周期截取是可以完全避免的；對非周期信號(hào)而言，這兩種誤差無法完全避免而只能盡量減小。

第30頁/共77頁第三十頁，共78頁。3.FFT處理步驟可用較小的采樣間隔△及較大的采樣長度N先試采樣并做出FFT，按做出的FFT再修正△及N。若長度不夠采N點(diǎn)數(shù)據(jù)，可在后加零補(bǔ)足N點(diǎn)。第31頁/共77頁第三十一頁，共78頁。在LabVIEW中的頻譜分析VI在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)頻譜分析計(jì)算的3個(gè)層次的VI分別為ExpressⅥ中的SpectralMeasurements.vi，波形VI中的FFTSpectrum(Mag-Phase).vi和FFTSpectrum(Real-Im).vi，基本函數(shù)VI的AmplitudeandPhaseSpectrum.Vi。其中波形VI中的頻譜分析Ⅵ還特別給出了FFTSpectrum(Real-Im).VI以計(jì)算信號(hào)的實(shí)部頻譜和虛部頻譜。第32頁/共77頁第三十二頁，共78頁。1.ExpressⅥ中的頻譜測量VIExpressⅥ中的SpectralMeasurements.vi可以對單個(gè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析和功率譜分析(包含功率密度譜分析)。其到達(dá)途徑為Functions→SignalAnalysis。

由于SpectralMeasurements.vi是一個(gè)比較綜合的Vl，其需要設(shè)置的參數(shù)基本上囊括了后面將要講到的頻譜分析和功率譜分析VI中的所有參數(shù).第33頁/共77頁第三十三頁，共78頁。圖3-41SpectralMeasurements．vi參數(shù)設(shè)置對話框第34頁/共77頁第三十四頁，共78頁。參數(shù)設(shè)置（1）根據(jù)頻域分析目的選擇不同的譜分析種類(SpectralMeasurement)。（2）幅度結(jié)果的表示Result：線性還是分貝值。（3）窗函數(shù)Window的類型：窗函數(shù)選取原則應(yīng)力求其頻譜的主瓣寬度窄、旁瓣幅度小。（4）平均Averaging參數(shù)：有平均模式Mode、平均權(quán)重Weighting、平均次數(shù)Numbersofaverages和平均輸出類型Producespectrum。（5）相位譜輸出的變換Phase：反卷及將弧度轉(zhuǎn)換為度。第35頁/共77頁第三十五頁，共78頁。在LabVIEW中，頻域分析ExpressⅥ和波形VI中函數(shù)的參數(shù)設(shè)置都提供了豐富的窗函數(shù)類型，在基本頻域分析函數(shù)Ⅵ中，不提供窗函數(shù)參數(shù)，但是提供了單獨(dú)的窗函數(shù)原型VI子模板，如圖3-42所示。

圖3-42窗函數(shù)子模板(Windows)第36頁/共77頁第三十六頁，共78頁。窗函數(shù)名稱及圖標(biāo)時(shí)域波形及幅值譜曲線主要特點(diǎn)和應(yīng)用場合None即不加窗。主瓣最高最窄，但第一旁瓣相對較高，泄露較大。適合于要獲得精確主峰的頻率而對幅值精度要求不高的場合Hanning旁瓣明顯降低，具有抑制泄露的作用；但主瓣較寬，致使頻率分辨能力較差。在截?cái)嚯S機(jī)信號(hào)時(shí)，可用此窗減小泄露Hamming主瓣寬度和Hanning窗一樣，但泄露的作用更加明顯Triangle抑制泄露的效果介于Square和HanningBlackman抑制泄露的作用更加明顯，但主瓣寬度更寬表3-11LabVIEW中主要窗函數(shù)特性第37頁/共77頁第三十七頁，共78頁。FlatTop主瓣的頂端平坦，旁瓣的寬度是方窗的四倍

Force

用于對僅持續(xù)一段時(shí)間的力信號(hào)加窗，其頻率特性和其占空比有關(guān)

Exponent無旁瓣，主瓣很寬，其頻率分辨率低。對脈沖響應(yīng)類信號(hào)加窗

第38頁/共77頁第三十八頁，共78頁。圖3-43表示的“FFT分析．VI”對基本函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的仿真信號(hào)作頻譜分析，產(chǎn)生幅度譜（RMS）和相位譜。圖3-43

a)FFT分析．vi的前面板第39頁/共77頁第三十九頁，共78頁。圖3-43

b)FFT分析．vi的后面板選擇的信號(hào)為三角波，頻率為1kHz，采樣頻率為40kHz，采樣點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)，正好1個(gè)周期，計(jì)算出的頻譜頻率范圍為0～20kHz，頻率間隔為1kHz（40kHz/40點(diǎn)），頻譜表示了從1kHz～20KHz的基波分量和高次諧波分量。第40頁/共77頁第四十頁，共78頁。2．波形VI中的FFT子VI

波形VI中的FFTSpectrum(Mag-Phase).vi和FFTSpectrum(Rea-Im).vi的參數(shù)設(shè)置及定義和SpectralMeasurements.vi的完全一致，如圖3-44所示。a)單通道幅值相位頻譜計(jì)算b)多通道幅值相位頻譜計(jì)算c)單通道實(shí)部虛部頻譜計(jì)算d)多通道實(shí)部虛部頻譜計(jì)算圖3-44波形VI中頻譜分析VI的端口圖第41頁/共77頁第四十一頁，共78頁。3.基本函數(shù)譜分析基本函數(shù)譜分析對應(yīng)的VI是AmplitudeandPhaseSpectrum．vi，其到達(dá)途徑是AllFunctions→Analyze→SignalProcessing→FrequencyDomain。第42頁/共77頁第四十二頁，共78頁。圖3-45頻域子模板(FrequencyDomain)圖3-46AmplitudeandPhaseSpectrum.vi的端口圖AmplitudeandPhaseSpectrum.vi子模板如圖3-45所示。第43頁/共77頁第四十三頁，共78頁。上面的幾個(gè)步驟可以用圖3-47中的流程圖來表示。圖3-47AmplitudeandPhaseSpectrum．vi中譜分析計(jì)算流程圖第44頁/共77頁第四十四頁，共78頁。LabVIEW中進(jìn)行頻譜分析的譜分析函數(shù)都是取單邊譜。由于AmplitudeandPhaseSpectrum．vi的輸入數(shù)據(jù)序列是一個(gè)實(shí)數(shù)數(shù)組，不帶時(shí)間信息，所以其輸入端還有一個(gè)采樣時(shí)間的端口，而輸出端有一個(gè)頻率間隔的輸出端口，利用這個(gè)信息可以畫出幅頻特性曲線和相頻特性曲線?；竞瘮?shù)VI沒有加窗和平均的環(huán)節(jié)，因此也就沒有相關(guān)的參數(shù)。如果要加窗和平均，則需要自己選擇窗函數(shù)以及通過循環(huán)完成平均運(yùn)算。第45頁/共77頁第四十五頁，共78頁。功率譜分析及其VIExpressVI中的SpectralMeasurements.vi既可以進(jìn)行頻譜分析也可以進(jìn)行功率譜分析。計(jì)算功率譜的波形VI有FFTPowerSpectrum.vi

；FFTPowerSpectralDensity．vi

；CrossSpectrum(Mag-Phase)．vi

；CrossSpectrum(Real-Im)．vi

。第46頁/共77頁第四十六頁，共78頁。

計(jì)算功率譜的四個(gè)波形VI：其到達(dá)途徑為AllFunctions→Analyze→WaveformMeasurements。這些功率譜計(jì)算VI都是輸出單邊譜。其中，計(jì)算自功率譜的FFTPowerSpectrum．vi和FFTPowerSpectralDensity．vi的區(qū)別僅僅在于輸出的功率譜有一個(gè)比例差異。第47頁/共77頁第四十七頁，共78頁。例：對一個(gè)附加了均勻噪聲的正弦信號(hào)求自功率譜，使用FFTPowerSpectrum．vi，使用Hanning窗函數(shù)，結(jié)果平均模式采用RMS平均，加權(quán)系數(shù)為指數(shù)，平均次數(shù)為10次，以分貝顯示。第48頁/共77頁第四十八頁，共78頁。圖3-48a)PowerSpectrum．vi的前面板如圖3-48，PowerSpectrum.vi的前后面板第49頁/共77頁第四十九頁，共78頁。圖3-48b)PowerSpectrum．vi的后面板第50頁/共77頁第五十頁，共78頁。諧波分析及其LabVIEW實(shí)現(xiàn)利用諧波分析可得到周期信號(hào)波形的失真和畸變。諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍，也常稱為高次諧波。諧波分析主要是測量系統(tǒng)中高次諧波的含量包括：基波和各次諧波的頻率、幅值和相位；總諧波失真THD(Totalharmonicdistortion)；信號(hào)與噪聲失真比SINAD（SignaltoNoiseAndDistortion）。

第51頁/共77頁第五十一頁，共78頁。第52頁/共77頁第五十二頁，共78頁。通過FFT計(jì)算出被分析信號(hào)的基波頻率、幅值和相位，再搜索諧波信號(hào)的幅值和相位，然后計(jì)算諧波分析的指標(biāo)，如THD和SINAD等。在LabVIEW的ExpressVI中，DistortionMeasurements．vi能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號(hào)的諧波分析，輸出THD、SINAD和各次諧波分量幅值的信息。其到達(dá)途徑為Functions→SignalAnalysis。DistortionMeasurements．Vi參數(shù)對話框中一般進(jìn)行諧波搜索的截止頻率定為采樣頻率的一半，或是搜索10個(gè)諧波頻率，用這些諧波的參數(shù)進(jìn)行THD和SINAD指標(biāo)的計(jì)算。第53頁/共77頁第五十三頁，共78頁。圖3-49DistortionMeasurements.vi的參數(shù)設(shè)置對話框

紅色的梳狀曲線表示了一個(gè)對輸入信號(hào)中各次諧波進(jìn)行測量的濾波器的頻率特性，即諧波分析只關(guān)心在基波頻率整數(shù)倍頻率上的幅值和相位，DistortionMeasurements.vi只取這些點(diǎn)上的值進(jìn)行計(jì)算。

白色虛線則表示進(jìn)行諧波頻率搜索的截止頻率。選擇需要輸出諧波分析指標(biāo)的種類第54頁/共77頁第五十四頁，共78頁。例：用DistortionMeasurements.vi進(jìn)行諧波分析。如圖3-50所示ExpressHarmonic.vi。

圖3-50a)ExpressHarmonic．vi的前面板第55頁/共77頁第五十五頁，共78頁。圖3-50b)ExpressHarmonic．vi的后面板第56頁/共77頁第五十六頁，共78頁。波形VI中的兩個(gè)諧波分析VIHarmonicDistortionAnalyzer．vi和SINADAnalyzer.vi則可給出更為詳細(xì)的諧波分析結(jié)果。另外還有一個(gè)ExtractSingleToneInformation.vi可以用來提取基波頻率或某一特定諧波頻率的信息。這3個(gè)波形VI位于波形測量(WaveformMeasurements)子模板中。第57頁/共77頁第五十七頁，共78頁。其參數(shù)設(shè)置和DistortionMeasurements．vi基本一致，不同的是其輸出的信息中還含有搜索到的所有諧波分量的幅值、被分析信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜分析波形。a)DistortionAnalyzer.vi的端口定義圖b)SINADAnalyzer．vi的端口定義圖圖3-51諧波分析的波形Ⅵ的端口定義圖第58頁/共77頁第五十八頁，共78頁。3.7逐點(diǎn)分析庫傳統(tǒng)的基于緩沖和數(shù)組的分析過程不能實(shí)時(shí)的分析采集到的數(shù)據(jù)，很難構(gòu)建高速實(shí)時(shí)系統(tǒng)。LabVIEW6.1以后版本提供了一個(gè)新的分析庫——“逐點(diǎn)（PointByPoint）分析庫”。逐點(diǎn)分析中，數(shù)據(jù)分析是針對每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的，對采集到的每一點(diǎn)數(shù)據(jù)都可以立即進(jìn)行分析，而且分析可以是連續(xù)進(jìn)行的。因此通過逐點(diǎn)分析，用戶可以實(shí)時(shí)地觀察到當(dāng)前采集數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，從而使能夠跟蹤和處理實(shí)時(shí)事件。第59頁/共77頁第五十九頁，共78頁。此外，由于不需要構(gòu)建緩沖區(qū)，分析與數(shù)據(jù)可以直接相連。這使得采樣率可以更高，數(shù)據(jù)量可以更大，而數(shù)據(jù)丟失的可能性更小，編程也更加容易。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)需要連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行系統(tǒng)。逐點(diǎn)分析庫由于把數(shù)據(jù)獲取與分析連接在了一起，因此逐點(diǎn)分析是連續(xù)穩(wěn)定的。第60頁/共77頁第六十頁，共78頁。逐點(diǎn)分析庫提供了與數(shù)組分析相應(yīng)的分析功能。它在FunctionsPalette中的位置為Analyze→PointByPoint，如圖3-52所示。

圖3-52逐點(diǎn)分析庫函數(shù)面板第61頁/共77頁第六十一頁，共78頁。第62頁/共77頁第六十二頁，共78頁。逐點(diǎn)分析VI函數(shù)都包含相同的基本結(jié)構(gòu)，如圖3-53所示。

圖3-53逐點(diǎn)分析函數(shù)的基本結(jié)構(gòu)很多的逐點(diǎn)分析VI函數(shù)還有一個(gè)SampleLength參數(shù)，它的目的是為了指定采樣數(shù)據(jù)隊(duì)列的長度，它表示該函數(shù)所感興趣的數(shù)據(jù)段長度。第63頁/共77頁第六十三頁，共78頁。由FirstCall函數(shù)來判斷該子VI函數(shù)是否是第一次被調(diào)用，如果是第一次被調(diào)用或者Initialize輸入?yún)?shù)為真，則會(huì)對VI函數(shù)進(jìn)行初始化。While循環(huán)在每一次調(diào)用中只執(zhí)行一次，但是它會(huì)將每次調(diào)用的結(jié)果通過移位寄存器傳遞到下一次調(diào)用時(shí)使用。因此逐點(diǎn)分析VI函數(shù)的前后兩次調(diào)用總是相關(guān)的，為了避免多個(gè)VI程序調(diào)用同一個(gè)逐點(diǎn)分析VI函數(shù)發(fā)生沖突，這就要求逐點(diǎn)分析VI函數(shù)必須是可重入的（re-entrant）。可重入VI函數(shù)為每一個(gè)調(diào)用都創(chuàng)建一個(gè)復(fù)本，即開辟一個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)，從而避免了沖突。第64頁/共77頁第六十四頁，共78頁。3.8虛擬儀器中其他常用

數(shù)據(jù)處理技術(shù)

概率和統(tǒng)計(jì)函數(shù)LabVIEW也提供了大量的概率與統(tǒng)計(jì)函數(shù)。位置：FunctionsPalette的Mathematics→Probability&Statistics面板下，如圖3-54所示。

圖3-54概率與統(tǒng)計(jì)函數(shù)面板第65頁/共77頁第六十五頁，共78頁。這里只著重介紹其中兩個(gè)ExpressVI函數(shù)Statistic和CreateHistogram。

Statistic函數(shù)可以對大部分的基本統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，例如算術(shù)平均值、中數(shù)、均方根和標(biāo)準(zhǔn)方差等。CreateHistogram可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行柱狀圖統(tǒng)計(jì)。第66頁/共77頁第六十六頁，共78頁。a）前面板例：對高斯噪聲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析第67頁/共77頁第六十七頁，共78頁。首先通過GaussianWhiteNoise.vi產(chǎn)生一個(gè)2000點(diǎn)的滿足高斯分布的隨機(jī)數(shù)序列，然后通過CreateHistogram和Statistic兩個(gè)ExpressVI對該隨機(jī)序列進(jìn)行分析。b）后面板第68頁/共77頁第六十八頁，共78頁。曲線擬合曲線擬合可以從大量的離散數(shù)據(jù)中抽象出各個(gè)物理量之間的內(nèi)部規(guī)律。LabVIE