【正文】 正弦分量的幅度 bn= dtTtt tntfT ? ? 100 11 )s in ()(2 ? （ 43） 其中 n=1,2,.....。 本文中可以實現的頻譜分析控制包括 : (1)窗口選擇 :提供多種頻譜分析窗口。該節(jié)點可設置參數是采樣頻率低通截止頻率、高通截止頻率、濾波器階數以及 4 種濾波器類型 (低通、高通、帶通和帶阻 )的選擇。枚舉 2 控制著系統(tǒng)的三個不同的功能模塊，即實時顯示，頻譜分析和參數測量模塊。 15 系統(tǒng)總體構成 系統(tǒng)總體流程圖 圖 41 系統(tǒng)總體流程圖 Labview 前面板用于設置輸入數值和觀察輸出值，用于模擬真實示波器的前面板。根據虛擬示波器功能的需要，程序至少應包含以下模塊 : (1) 數據采集 :主要完成數據采集的控制，包括設備號、通道選擇控制、采樣速率、采樣點數等，另外選擇采集的波形類型。虛擬儀器也是由這三大部分組成，但是除了信號采集部分可以由硬件或者軟件實現之外，其它兩部分都是由軟件實現的。圖 4 一 4 為 LF13508 單端 8 通道多路模擬開關原理框 圖，它有三個二進制控制輸入端口。 圖 31 數據采集卡結構圖 采樣 /保持器的工作原理 在實際系統(tǒng)中用到 A/D 轉換時，如果模擬信號變換較快，那么，為了保證轉換精度，就要在 A/D 轉換之前加上采樣 /保持電路，使得在 A/D 轉換期間輸入的模擬信號保持不變。如果被測信號變化緩慢，也可以不用采樣 /保持器。 數據采集系統(tǒng)的設計 數據采集系統(tǒng)簡稱 DAS(DataAequisitionSyst。高分辨率意味著計數器可以計更多的數，時鐘頻率決定了產生數據信號輸入的快慢，頻率越高，計數增長得越快，因而輸入端的信號頻率高，就可以產生高頻的脈沖波和方波。 DAQ 輸出信號由停滯、轉換率、分辨率等構成。 (3) 分辨率 ADC 的位數越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。為了再現原始信號，必須有足夠高的采樣頻率。在設定調理電路的放大或衰減倍 數時，一般應滿足這樣一個條件 :經調理后的信號其最大值應盡可能地達到數據采集卡可以接受的電壓范圍，最大限度地提高數據的準確度。 基于計算機的數據采集系統(tǒng)各部分的作用 要從一個基于計算機的數據采集系統(tǒng)得到合理的結果，依賴于系統(tǒng)的每一個組成部分，即計算機、傳感器、信號調理、數據采集硬件和軟件。當然，計算機的性能決定了整個過程的速度。 LabvIEW 語言是一種面向工程技術人員的圖形化編程語言，是一種面向對象的模塊化編程語言，使面向對象技術程序的復用性達到最佳，被譽為工程師和科學家的語言。它只有當打開前面板窗口時才能調用 函數選板 圖 25 函數選板 7 圖 26 函數選板子選板 函數選板編程子選板功能模板就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種測試功能、信號分析文件操作以及輸入 /輸出 (1/0)接口設備的驅動做成可供直接調用的庫函數。 顏色工具 :用來給對象定義顏色。當創(chuàng)建自由標簽時它會變成相應形狀。操縱模板共有三類 :工具 (Too1s)選板、控制 (Controls) 選板和功能 (Functions)選板或稱函數選板。運行和調試程序是任何一門編程語言編程的最重要的一步。在前面板窗口的主菜單 windows 中選擇 ShowDiagram 將前面板窗口切換到框圖程序窗口，此時會看到與前面板對象對應的端口。 (4)提供程序調試功能程序調試工具包括在源代碼中可以設置斷點，可以單步執(zhí)行，也可以啟動。虛擬示波器主要有硬件和軟件兩部分構成。其中，比較具有代表性的是 NI 公司 Labview平臺和 Labwindows/CVI 平臺。 （ 3）虛擬儀器使儀器的功能可以有用戶自定義，而不是只能由廠家來定義，從而使得儀器更加好用，方便。模擬儀器，數字儀器，智能儀器，虛擬儀器。美國 NI 公司在這種大環(huán)境下，率先發(fā)起了對虛擬儀器的研究開發(fā)，推出了 Labview 軟件開發(fā)平臺。介紹了與信號 處理相關的基礎知識，主要是傅里葉變換。利用計算機強大的圖形顯示功能，建立虛擬儀器的控制面板，用戶通過對面板的操作實現對虛擬儀器的操作，就像操作一臺普通的測量儀器一樣。 虛擬 儀器的現狀及發(fā)展方向 虛擬儀器的概念最初是由美國國家儀器公司（ National Instruments Corp，簡稱 NI）于 1986 年提出， NI 公司在 80 年代研制和推出了許多總線系統(tǒng)的虛擬儀器，后來，美國 HP 公司， Tektronic 公司， Racal 公司也在此方面有了很多進展。國內已有幾家廠家在開發(fā)研制虛擬儀器，在數據處理軟件方面做出了一些成就。 1992年 8 月 MaCintosh平臺到 Windows 又砰臺的移植，從 版本開始， LabVIEW 作為一個完整優(yōu)異的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境得到了工業(yè)界和學術界的認可，并開始迅速占領市場，贏得了廣大用戶的青睞。它模仿了實際儀器的面板。 (3)創(chuàng)建圖 標。這時這個按鈕被稱作錯誤列表。當從模板內選擇了任一種工具后，鼠標箭頭就會變成該工具相應的形狀，它包括了以下工具包。 對象彈出菜單工具 :用左鼠標鍵可以彈出對象的彈出式菜單。就是 LabVIEW 將傳統(tǒng)儀器上的各種旋紐、開關 .、顯示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分類存于控制模板上。它可以用 Windows 菜單下的 Show Fuionspalette 功能打開它，也可以在框圖程序窗口的空白處點擊鼠標右鍵以彈出功能模板。 數據采集系統(tǒng)信號分類 傳感器把物理信號轉化成電信號 (電壓或電流 )，例如熱電偶 (溫度 /電壓 )、RTDs(溫度 /電阻 )、應變片 (拉或壓 /溫度 )?？偟膩碚f，可以把信號分為模擬信號和數字信號。例如，熱電偶、熱敏電阻、集成電路傳感器、應變片等，都可以將溫度轉化成電壓和電阻。噪音濾波器通常用于直流信號 。 (2) 采樣方法 要從多個通道得到數據，通常使用多路開關把每個信號端連接到 A/D 轉化器(ADC)。 (4) 電壓范圍 電壓范圍指 ADC 能掃描到最高和最低電壓。定時器包括三個重要信息 :門限信號、計時信號、輸出。驅動軟件是直接對數據采集硬件系統(tǒng)來進行設計的軟件層，管理著系統(tǒng)的操作以及和計算機資源的組合，比如 CPU中斷、 DMA 傳送、存儲器等。其核心是計算機，它對整個系統(tǒng)進行控制和數據處理。放大器、濾波器可根據被測信號的大小及干擾的強弱選用。圖 4 一 3 為采樣 /保持器的原理電路。當 EN=1 時，通道接通，允許控制輸入端選中的模擬量輸入，并和輸出通道相連。觸發(fā)控制包括觸發(fā)電平控制、觸發(fā)模式等 。A 積分以及 Aamp。前面板上設有各個 功能模塊按鈕，當按下相應按鈕時，即可調用該子程序。而顯示屏則實現對各種不同信號的顯示，是用戶對系統(tǒng)結果最直觀的觀察方式。在本文用Labview 實現的虛擬示波器中，當用軟件完成數據采集、處理等工作后，可以將采集到數據以及處理后的數據回放出來，以便繼續(xù)研究。 根據用戶選擇的不同，該子模塊可以在幅值 (Magnitude)和相應 (Phase)之間進行 轉換 。這樣，將出現一系列的問題。 采樣定律 : 采樣頻率 ? S 與信號最高頻率分量 ? m，必須滿足關系ω S≥ 2ω m,當ω m＜? /T 時，ω S=2π /T≥ 2ω m 時，可以通過加 一理想低通濾波器提取主分量，濾除全部 m≥ 1 的高頻分量 X(ω )，從而由 X(ω )恢復原信號 x(t)在理論上無誤差。 表 41 頻域分析模塊中主要模塊 名稱 圖示和端口 功能 說明 Real 實 數 快 速傅 里 葉 變換 輸入為實數數組，輸出結果為復數數組，如果輸入數組長度為 2 的整數次冪，則調用 FFT算法，否則將調用 DFT 算法 Inverse Real 實 數 快 速傅 里 葉 反變換 因為實數快速傅里葉變換的輸出結果是復數，所以哦實數快速傅里葉反變換的輸入也是復數。并且自行開發(fā)了虛擬示波器和虛擬信號發(fā)生器，除了具有傳統(tǒng)儀器的功能以外，還對儀器功能進行了擴充和創(chuàng)新。通過實驗對比，虛擬儀器測試精度高于傳統(tǒng)儀器，是能夠滿足測試精度要求的，并分析了產生誤差的 原因。 27 參考文獻 [1]虛擬儀器的新動向 [J].國外電子測量技術， 2020， (5):1525 [2]林正盛，虛擬儀器 技術及其應用 [J].微型機與應用， 1997， 2(5):3652 [3]翁瑞琴、凌志浩、邱意弘，虛擬儀器技術及應用 [J].計算機應用研究， 1999， (8):1225 [4]潘瑩玉，虛擬儀器及其應用 [J].電力自動化設備， 1999， (1):105114 [5]鄧炎、王磊等， 測試技術與儀器應用 [M].第一版，北京 :機械 工業(yè)出版社， 2020 [6]黃明俊、趙偉、侯國屏、陳君，虛擬儀器技術一現代電工電子儀器的發(fā)展 方向 [J].電工電能新技術， 1998， (3):4578 [7]黃小紅、胡正 濤，丘海明，探討虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的關系 [J].電氣電子教 學學報， 2020， (2):52114 [8]侯國屏、王坤、葉齊鑫， [M].第一版，北京 : 清華大學出版社， 2020 [9]沈蘭蓀，數據采集技術 [M].第一版，北京：中國科技出版社， 1990 [10]胡廣書，數字信號處理 [M].第一版，北京：清華大學出版社， 1998 [11]BenneffP. VirtualInstrument Whattheyare[J]. wherethey‘ reat. EleetronieProduets， 1993，(7):37~39 [12]National Instruments CorPoration[M].Virtual instrument ationin [13]National Instruments[J]. The Measurement and Automation Catalog 2020:49137.