【正文】 16 ( ) 3 6 0 ( ) sfj i j i f??? ? ? ? ? ? ? (3) 第五章 相位差測量方法在 LABVIEW 中的應 用 設計中常用控件功能簡介 數(shù)據類型 LABVIEW 的數(shù)據類型與傳統(tǒng)編程語言中的數(shù)據類型基本相似，除了一般的數(shù)據類型之外，還有一些獨特的數(shù)據類型。在循環(huán)框架上的右鍵彈出菜單中選擇 Add Shit Register 創(chuàng)建。 LABVIEW 選擇結構與其他語言的選擇結構相比，簡潔明了，結構簡單，不但相當于 Switch 語句，還可以實現(xiàn)if? else 語句功能。 創(chuàng)建一個數(shù)組，可從控制模板中的 Array amp。輸出數(shù)組的維數(shù)由 節(jié)點圖標左側demission size 端口的個數(shù)決定。右圖所示是一個含４個 Control的簇。 波形顯示控件 LABVIEW 是以模擬真實儀器操作面板提供了強在的交互式界面設計功能。 （圖 53）虛擬相關分析法相位差的程序框圖 第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 29 利用 FFT函數(shù)的相位計簡單設計 首先使用兩個 Formula Waveform（這里也可以使用基本信號發(fā)生器）函數(shù)產生兩個波形，他們的參數(shù)：頻率和信號類型用一個控件控制 ，這樣 保證了兩個信號波形的相應參數(shù)是一樣的；相位則分別設定，幅值取默認值 1。時域無 限長信號被截斷相當于原函數(shù)乘以矩陣窗函數(shù)，窗外時域信息全部損失，從而導致時域頻譜丟失，即泄漏。 結 論 此次論文設計用到了在虛擬儀器中較為簡單直觀的圖形化編程工具 LABVIEW，經過一段時間的學習，已經基本掌握其各個板塊的基本功能并最終根據相關法和頻譜分析法的基本原理，將 LABVIEW 中可能用到得板塊結合起來產生了基于這兩種方法的相位差測量儀的程序框圖。 頻譜分析法相位差測量儀設計的流程圖如下： 第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 31 第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 32 （圖 57）頻譜分析法測量相位差主程序流程圖 （完整圖見附圖） （圖 58）虛擬頻譜分析法測量相位差的部分框圖程序 在程序框圖的設計中調用的函數(shù)有： 4 個 Array 子模板上的 Index Array 圖標，分別用來獲取信號 1 系數(shù) a1 b11的 數(shù) 值 和 信 號 2 系數(shù) a2 b2 的 數(shù) 值 ， 通 過 公 式1 1 2 11 1 2 11 1 2 1aa= = a r c ta n ( ) a r c ta n ( )bb? ? ? 計 算出相位差 ? ； 4 對移位寄存器，用于實現(xiàn)循環(huán)體內外數(shù)據的傳遞；為得到相位差，調入反正切函數(shù)，并進而實現(xiàn)相應的運算，將相位差有弧度轉化為角度表示。 設計完畢的儀器前面板和框圖程序見圖 (52)和（ 53），第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 28 在儀器的前面板中可模擬真是儀器，用鼠標任意改變 2 個波形的幅值、初相位、周期和采樣點數(shù)等，然后運行即可顯示波形和相位差。右圖中Bundle圖標中部的 Claster端子用于用新元素重置原簇中的元素。例如數(shù)組，你也可以直接從 Control 工具板上直接拖取對象堆放到簇中。其輸入為一個 n 維數(shù)組，輸出為該數(shù)組各維包 含元素的個數(shù)。中 LABVIEW 中可以進行以下幾種類型的比較：數(shù)字值的比較、布爾值的比較字符串的比較以用簇的比較。選擇結構的邊框通道與 For 循環(huán)相類似，但有其自身特點。大多數(shù)情況下，用戶使用 For循環(huán)處理數(shù)組。 在以計算機為核心的虛擬測試儀中，模擬信號 ()xt 在進入計算機前先 經采樣器將連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間信號，而后再經過 A/D 轉換器變?yōu)殡x散信號?？丶０骞δ軓姶?， 通 過 這些子模板可以找到創(chuàng)建程序所需 的所有對象工具。 LABVIEW的概述 LABVIEW 是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡稱，是美國國家儀器公司（ NATIONAL INSTRUMENTS,簡稱 NI）的創(chuàng)新軟件產品，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。這種情況叫做同相位，或者叫做同相。隨著產品在功能上不斷地趨于復雜 ，工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設備總是要耗費大量的時間。無論您是使用 PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是 1394 總線， NI 都能提供相應的模塊化的硬件產 品，產品種類從數(shù)據采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式 I/O 到 CAN 接口等工業(yè)通訊，應有盡有。粗略地說這種結合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。 論文的第一部分是對虛擬儀器，主要是虛擬儀器的大體介紹和相位差測量儀的在工業(yè)上的應用；第二部分主要是對 LABVIEW 的簡介和其運行的環(huán)境的概述；第三部分主要講述 本次課程設計中要用到 LABVIEW 中的功能函數(shù)以及相關法、頻譜分析法等相位差測量方法原理；第四部分則列出本次課程設計要用到的 LABVIEW 的內容及各種方法在 LABVIEW 平臺下的實現(xiàn)。電路的溫漂，噪聲級干擾信號，都會導致測量結果產生誤差，因此，傳統(tǒng)的相位差檢測方法正逐漸被軟件測量方法所替代，通過軟件 算法來消除溫漂，噪聲及干擾信號的影響，使測量結果更加精確。只有同時擁有高效的軟件、模塊化 I/O 硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技 術性能高、擴展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢。此外，不斷發(fā)展的因特網和越來越快的計算機網絡使得虛擬儀器技術展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。如虛擬函數(shù)發(fā)生器、虛擬示波器等。相位差測量在動態(tài)測試，如：振動和噪聲控制，傳感器的校準，以及超聲測距和成像等領域越來越重要。 LABVIEW應用于實驗室研究與自動化 LABVIEW 為科學家和工程師提供功能強大的高級數(shù)學分析庫，包括統(tǒng) 計、估計、回歸分析、線性代數(shù)、信號生成算法、時域和頻域算法等眾多科學領域，可滿足各種計算機和分析需要。 ( ) si n( )x t A t y t B t? ? ?? ? ?。布爾型前面板對象包含在控制模板 Boolean 子模板中。其重復第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 19 端口相當于 C 語言 For 中的 I，初始值為 0，每次循環(huán)遞增步長為 1。但與一般編程語言提供的運算符相比， LABVIEW 的數(shù)學運算節(jié)點功能更強，使用更靈活，它不僅支持單一的數(shù)值量輸入，還可以支持處理同類型的復合型數(shù)值量，比如由數(shù)值量構成的數(shù)組、簇和簇數(shù)組等。數(shù)組常由 LOOP 循環(huán)來創(chuàng)建，其中，其中 For 循環(huán)是最佳的 ，因為在循環(huán)開始時它已經分配好了內存。 (5). Build Array 建立一個新數(shù)組。如果你想將一個簇與另一個簇連接，這兩個簇的序和類型必須同一。結于事后記錄圖 Graph 方式來說，它的基本數(shù)據結構為數(shù)組，也就是就 Graph 顯示是將構成數(shù)組的全部測量數(shù)據一次顯示完成；而實時趨勢圖Chart 方式是實時顯示一個或幾個測量數(shù)據，而且新接收數(shù)據點要接在原有波形的后面連續(xù)顯示。 （圖 54）利用 FFT 函數(shù)求相位差的前面板 （圖 55）利用 FFT 函數(shù)求相位差的程序框圖 由前面板可以看出，相頻譜是比較亂的，有一些不應該出現(xiàn)的譜線混雜其中。編程方法簡單易懂，設計出的相位計非常實用。軟件編程方便、簡潔、效率高，研發(fā)周期短，成本低，并且具有友好的用戶界面，操作簡單、實用。另外，需要說明的是，對于兩個非正旋周期信號，這里所說的相位差是指其基波的第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 30 相位差。顯示控件包括事后記錄波形控件(WaveForm Graph)、實時趨勢圖控件 (WaveForm Chart)、 XY波形記錄控件（ XY Graph）、密度圖形顯示控件 (Intensity Graph)、密度趨勢控件 (Intensity Chart)等 XY 波形記錄控制器（ XY Graph）是一次完成波形顯示刷新， XY 波形記錄控件在波形顯示的同時還反映測量點 X、 Y第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 27 值的變化，所以它的輸入數(shù)據結構是由兩個數(shù)組打包構成的簇，簇的每一對數(shù)據都對應一個顯示數(shù)據點的 X、 Y 坐標。 第五章 相位差原理在 LABVIEW 中的應用 25 （２）使用簇與子 VI 傳遞數(shù)據 一個 VI 的連接窗口最大有 28 個端子，如果你不希望使用全部 28 個端子傳遞數(shù)據，這既煩瑣又易出錯。 (6). Array Max amp。數(shù)組由三部份組成：數(shù)據類型、數(shù)據索引和數(shù)據。 模板中的 Trigonometric 子模板可實現(xiàn)各種三角函數(shù)運算，該模板中的節(jié)點均心為弧度為單位。 CASE 選擇結構，相當于 C 語言中的 switch 語句： switch(表達式 ) {case 常量表達式 1：語句 1； case 常量表達式 2：語句 2； case 常量表達式 n：語句 n； default ：語句 n+1； } 在某種意義上還相當于 C 語言的 if 語句： if(條件判斷表達式 ) { } else { } 語句選擇結構可從框圖程序中的功能模板 Function Structure 中創(chuàng)建。采用布爾按鈕可以設計出逼真的虛擬儀器前面板。 2)由自相關函數(shù)求出 ( ), (t)xt y 的幅值 根據戶相關函數(shù)的性質，當延遲量 ?=0 時，自相關函數(shù)取得最大值，且唯一與信號的幅值有關。 第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡介 11 LABVIEW的編程環(huán)境 LABVIEW 模板 與一般的程序相比， LABVIEW 提 供了三個浮動的圖形化工具模板，分別是工具模板、控制模板和功能模板。同時，隨著計算機技術的不斷提高，現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)正向儀器的自動化、智能化、小型化、網絡化和綜合化方向發(fā)展。 第二章 相位差測量儀的概述 相位差的定義 相位差 :兩個頻率相同的交流電相位的差叫做相位差，或者叫做相差。得益于 NI 軟件的靈活性，只需更新您的計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資 和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進您的整個系統(tǒng)。使用正確的軟件工具并通過設計或調用特定的程序模塊，工程師和科學家們可以高效地創(chuàng)建自己的應用以及友好的人機交互界面。在該實驗室中，使用自己開發(fā)的虛擬儀器開設了幾個實驗，并融入電路實驗課程，然后又轉向為全校的本科生和研究生開設虛擬儀器設計課程。 論文采用三種方法中的前兩種，比較兩種方法設計成的仿真儀在測量波形相位差的精度和程序上的不同，通過相關資料了解它們在實際運用中各自的適用場所及其優(yōu)缺點。 虛擬儀器（ virtual instrumention）是基于計算機的儀器。 有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術在測試應用中的強大優(yōu)勢。 NI 設計這一軟件構架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。如果電路是純電阻，那么交流電壓和電流電流的相位差等于零。在計算機