基于虛擬儀器技術(shù)的相位差測量儀的設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-09 12:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 序子模板、用戶庫子模板、應(yīng)用控制子模板和儀器驅(qū)動子模板。利用這些模板來構(gòu)成程序框圖，從而實現(xiàn)一定的算法。所有 LABVIEW 的應(yīng)用功能都是通過這些功能子模板實現(xiàn)的。 圖 22 工具模板 圖 23 控件模板 圖 24 函數(shù)模板 數(shù)據(jù)采集卡介紹 數(shù)據(jù)采集 (DAQ)，是指從 傳感器 和其它待測設(shè)備等 模擬 和 數(shù)字 被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到 上位機(jī) 中進(jìn)行分析，處理。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 是結(jié)合基于 計算機(jī) 或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的 測量系統(tǒng) 。 數(shù)據(jù) 采集卡 ，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 (DAQ)功能的 計算機(jī) 擴(kuò)展卡，可以通過 USB、 PXI、 PCI、 PCI Express、火線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash、 48 23 以太網(wǎng) 、各種 無線網(wǎng)絡(luò) 等總線接入 個人計算機(jī) 。 8 數(shù)據(jù)采集卡的技術(shù)參數(shù) （ 1） 通道數(shù)：就是 板卡 可以采集幾路的信號，分為單端和差分。常用的有單端 32 路/差分 16 路、單端 16 路 /差分 8路 。 （ 2） 采樣頻率：單位時間采集的數(shù)據(jù)點數(shù)，與 AD 芯片的轉(zhuǎn)換一個點所需時間有關(guān)，例如： AD 轉(zhuǎn)換一個點需要 T = 10uS，則其采樣頻率 f = 1 / T 為 100K，即每秒鐘 AD 芯片可以轉(zhuǎn)換 100K 的數(shù)據(jù)點數(shù)。它用赫茲（ Hz），常有 100K、 250K、 500K、 800K、 1M、 40M等 。 （ 3） 緩存的區(qū)別及它的作用：主要用來存儲 AD 芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。有 緩存 可以設(shè)置采樣頻率，沒有則不可以。緩存有 RAM 和 FIFO 兩種 :FIFO 應(yīng)用在數(shù)據(jù) 采集卡 上，主要用來存儲 AD 芯片轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。做數(shù)據(jù)緩沖， 存儲量 不大，速度快 ,RAM 是 隨機(jī)存取內(nèi)存 的簡稱。一般用于高速 采集卡 ， 存儲量 大，速度較慢。 （ 4） 分辨率： 采樣數(shù)據(jù) 最低位所代表的 模擬 量的值，常有 12 位、 14 位、 16 位等，（ 12 位分辨率 ， 電壓 5000mV） 12位所能表示的數(shù)據(jù)量為 4096（ 2 的 12次方），即 177。5000 mV 電壓 量程內(nèi)可以表示 4096 個電壓值，單位增量為（ 5000 mV） / 4096= mV。 （ 5） 精 度：測量值和真實值之間的誤差，標(biāo)稱數(shù)據(jù) 采集卡 的測量準(zhǔn)確程度，一般用滿量程 (FSR， full scale range)的百分比表示，常見的如 %FSR、 %FSR 等，如滿量程范圍為 0~10V，其精度為 %FSR，則代表測量所得到的數(shù)值和真實值之間的差距在10mv 以內(nèi)。 （ 6） 量程：輸入信號的幅度，常用有 177。5V 、 177。10V 、 0~5V 、 0~10V ，要求輸入信號在量程 內(nèi)進(jìn)行 。 （ 7） 增益：輸入信號的放大倍數(shù)，分為程控增益和硬件增益，通過數(shù)據(jù) 采集卡 的電壓放大芯片將 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行固定倍數(shù)的放大。由兩種型號 PGA202 ( 100、1000) 和 PGA203 ( 8)的增益芯片。 （ 8） 觸發(fā)：可分為內(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)兩種，指定啟動 AD轉(zhuǎn)換方式。 3 相位差測量原理 相位差概念 對于簡諧振蕩的正弦信號： E = E 0 sin( Xt + U0 ) （ 1） 式中 , 0E 是振幅 , U= Xt + 0U 是振蕩的幅角 ,稱為瞬時相位。式 (1)表明 ,相位是時間t的線性函數(shù) , 0U 則是當(dāng) t=0時相位 , 稱為初始相位。 對于相位這個變量的 測量是非常困難 9 的，它而且這樣做也沒有實際意義。 相位測量通常是比較兩個頻率相同的振蕩信號 , 測量它們之間的相位差 , 即相對相位。 例如有兩個正 弦振蕩 E 1 = E 01 sin ( Xt + U01 ) 和 E2 = E02 sin( Xt + U02 ),它們之間的相位差為 $U= ( Xt+ U01 ) ( Xt+ U02 ) = U01 U02 , 由此表明 $U是與瞬時時間無關(guān)的相對量值。 相關(guān)法 相關(guān)法原理 兩個同頻率的正弦信號在延時 ? = 0 時的互相關(guān)函數(shù)值與其相位差的余弦值成正比，根據(jù)這一原理我們可以先測得自相關(guān)函數(shù)，然后算出相位差。 假設(shè)有兩個同頻 率并且伴有噪聲的信號，其描述如下： （ 2） 式（ 2）中 ? 為信號的角速度， 1? 為信號 x( t)的初始相位， 2? 為信號 y（ t）的初始相位， ()xNt，()yNt為噪聲信號。 兩個信號的互相關(guān)函數(shù)為 （ 3） 可以很容易發(fā)現(xiàn)，噪 聲和信號相關(guān)的機(jī)率很小，并且兩個噪音是隨機(jī)的，它們之間相關(guān)的機(jī)率更小。取 ? = 0 時，可以得到如下式子： （ 4） 1212( ) si n( ) ( )( ) si n( ) ( )xyx t A t N ty t B t N t??????? ? ? ?? ? ? ??? ?? ? ??? ?xy 01021( ) ( ) ( )1s i n ( ) ( )s i n ( ( ) ) ( )TTxyR x t y t d tTA t N tTB t N t d t????? ? ? ?????????????? ? ? ? ????????????????? ? ? ? ?????? ?? ?xy
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