【正文】 0Hz、高截止頻率無效。調整橫坐標后，濾波器幅頻特性如圖 47 所示： 圖 47 低通濾波器幅頻特性圖 由上圖可知，低通濾波器的低截止頻率為 ，與設置的低截止頻率70Hz 基本相符，可見該濾波器的低通功能的有效性。 2）不改變低通濾波器的參數(shù)設置，觀察濾波效果添加干擾信號，觀察濾波效果。在“被測信號設置” 面板中設置“采樣點數(shù)”=204 “采樣頻率”=1000Hz，“有用信號幅值”=2V、“ 有用信號頻率”=50Hz、“有用信號相位”=0 度，其他參數(shù)按照表 42 所示參數(shù)進行設置。表 42 干擾信號參數(shù)設置次數(shù) 正旋干擾信號幅（V）正旋干擾信號頻率（Hz）正旋干擾信號相位（度） 白噪聲幅值（V） 1 0 0 0 2 2 2 90 0 04 虛擬數(shù)字濾波器的調試及結果分析29 3 2 90 0 2 添加干擾信號，觀察濾波效果并記錄如下： ● 次數(shù) 1—只添加白噪聲干擾由附錄中圖 610 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前和消噪后的信噪比從 ，信噪比的絕對值有了很大的提高，信號失真度也降到 小于 1，均達到了預期的要求。 ● 次數(shù) 2—只添加正弦干擾信號由附錄中圖 611 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前和消噪后的信噪比從 ，信噪比的絕對值有了非常大的提高，信號失真度也降到 小于 1，均達到了預期的要求。 ● 次數(shù) 3—同時添加白噪聲干擾和正弦干擾信號由附錄中圖 612 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前 ，信噪比的絕對值有了較大的提高，信號失真度也降到 小于 1，均達到了預期的要求。 3）修改濾波器的參數(shù)，觀察其濾波效果：修改濾波器的參數(shù)為“ 濾波器階次 ”=4，設置被測信號： “有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率 ”=50Hz、“有用信號相位”=0、“ 正弦干擾信號幅值”=2V、“正弦干擾信號頻率”=90Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“ 白噪聲幅值”=0。此時濾波器幅頻特性圖如圖 48 所示： 圖 48 修改參數(shù)后低通濾波器幅頻特性圖 記錄濾波前和濾波后波形特性如圖 49：西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設計（論文）30圖 49 修改參數(shù)后低通濾波器（添加正旋干擾）濾波效果演示比較濾波器參數(shù)修改前后的低通濾波器幅頻特性圖可以看出，濾波器的低截止頻率沒有明顯變化，但是高階低通濾波器的幅頻特性曲線下降比較平緩。比較濾波器參數(shù)修改前后，當被測信號為“有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率”=50Hz、“ 有用信號相位”=0、“正弦干擾信號幅值”=2V、“正弦干擾信號頻率”=90Hz、“ 正弦干擾信號相位”=0、“白噪聲幅值”=0 時，比較“ 濾波效果演示圖”，“濾波前和濾波后信號幅頻特性圖 ”以及消噪前后的信噪比和失真度，可以看出，低通濾波器階次比較高時，濾波效果較好，高階濾波器幅頻特性曲線陡4 虛擬數(shù)字濾波器的調試及結果分析31峭，干擾信號衰減大。 （3）高通濾波器：高通濾波器的參數(shù)定義，觀察“濾波器幅頻特性圖” 。 圖 410 高通濾波器幅頻特性圖 高通濾波器的幅頻特性如圖 410 所示，f1 為低截止頻率，設置濾波器的參數(shù)：濾波器類型高通、濾波器階次 低截止頻率 30Hz、高截止頻率無效。調整橫坐標后，濾波器幅頻特性如圖 411 所示。 圖 411 高通濾波器幅頻特性圖 由上圖可知，低通濾波器的低截止頻率為 ，與設置的低截止頻率30Hz 基本相符，可見該濾波器的高通功能的有效性。 2) 不改變高通濾波器的參數(shù)設置，觀察濾波效果：添加干擾信號，觀察濾波效果。在“被測信號設置” 面板中設置“采樣點數(shù)”=204 “采樣頻率”=1000Hz，“有用信號幅值”=2V、“ 有用信號頻率”=50Hz、“有用信號相位”=0 度，其他參數(shù)按照表 3 所示參數(shù)進行設置。表 43 干擾信號參數(shù)設置次數(shù) 正旋干擾信號幅（V）正旋干擾信號頻率（Hz）正旋干擾信號相位（度） 白噪聲幅值（V） 1 0 0 0 2 2 2 10 0 0 3 2 10 0 2西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設計（論文）32 添加干擾信號，觀察濾波效果并記錄如下： ● 次數(shù) 1—只添加白噪聲干擾 由附錄中圖 613 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前和消噪后的信噪比從 ，信噪比的絕對值有了很大的提高，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 ● 次數(shù) 2—只添加正弦干擾信號由附錄中圖 614 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前 ，信噪比的絕對值有了很大的提高，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 ● 次數(shù) 3—同時添加白噪聲干擾和正弦干擾信號由附錄中圖 615 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前 ，信噪比的絕對值大于為 大于 ，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 3）修改濾波器的參數(shù)，觀察其濾波效果：修改濾波器的參數(shù)為“ 低截止頻率 ”=15Hz，設置被測信號：“ 有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率 ”=50Hz、“有用信號相位”=0、“ 正弦干擾信號幅值”=2V、“正弦干擾信號頻率”=10Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“ 白噪聲幅值”=0。 此時濾波器特性如圖 412 所示。 圖 412 修改參數(shù)后高通濾波器幅頻特性圖 記錄濾波前和濾波后波形特性如下：4 虛擬數(shù)字濾波器的調試及結果分析33 圖 413 修改參數(shù)后高通濾波器（添加正旋干擾）濾波效果演示 比較濾波器參數(shù)修改前后的高通濾波器幅頻特性圖可知，修改后濾波器低截止頻率為 ，通帶變寬。 濾波器參數(shù)修改前后，當被測信號為“有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率”=50Hz、“有用信號相位”=0、“正弦干擾信號幅值”=2V、“ 正弦干擾信號頻率”=10Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“白噪聲幅值”=0 時，比較“濾波效果演示圖” ，“濾波前和濾波后信號幅頻特性圖以及消噪前后的信噪比和失真度，可以看出，西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設計（論文）34低截止頻率高的高通濾波器，對低頻干擾信號的衰減作用比較強，濾波效果較好。 (4)帶阻濾波器 1) 帶阻濾波器的參數(shù)定義，觀察“濾波器幅頻特性圖 ”。 圖 414 帶阻濾波器幅頻特性圖 帶阻濾波器的幅頻特性如圖 414 所示，f1 為低截止頻率、f2 為高截止頻率，設置濾波器的參數(shù)：濾波器類型帶阻、濾波器階次 低截止頻率 29Hz、高截止頻率 31Hz。調整橫坐標后，濾波器幅頻特性如圖 415 所示。 （低截止頻率的顯示） （高截止頻率的顯示）圖 415 帶阻濾波器幅頻特性圖 由上圖可知，帶通濾波器的低截止頻率為 、高截止頻率為4 虛擬數(shù)字濾波器的調試及結果分析35，與設置的低截止頻率 29Hz、高截止頻率 31Hz 基本相符，可見該濾波器的帶阻功能的有效性。 2) 不改變帶阻濾波器的參數(shù)設置，觀察濾波效果：添加干擾信號，觀察濾波效果。在“被測信號設置” 面板中設置“采樣點數(shù)”=204 “采樣頻率”=1000Hz，“有用信號幅值”=2V、“ 有用信號頻率”=50Hz、“有用信號相位”=0 度，其他參數(shù)按照表 44 所示參數(shù)進行設置。 表 44 干擾信號參數(shù)設置 次數(shù) 正旋干擾信號幅（V）正旋干擾信號頻率（Hz）正旋干擾信號相位（度） 白噪聲幅值（V） 1 0 0 0 2 2 2 30 0 0 3 2 30 0 2 添加干擾信號，觀察濾波效果并記錄如下： ● 次數(shù) 1—只添加白噪聲干擾 由附錄中圖 617 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消噪前和消噪后的信噪比從 增加到 ，信噪比有了較大的提高，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 ● 次數(shù) 2—只添加正弦干擾信號 由附錄中圖 618 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消 增加到 ，信噪比有了非常大的提高，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 ● 次數(shù) 3—同時添加白噪聲干擾和正弦干擾信號 由附錄中圖 619 的濾波效果演示圖可知該數(shù)字濾波器的濾波效果良好，消 增加到 ，信噪比有了較大的提高，信號失真度也降到 小于 ，均達到了預期的要求。 3)修改濾波器的參數(shù)，觀察其濾波效果： 修改濾波器的參數(shù)為“濾波器階數(shù)”=10，設置被測信號： “有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率 ”=50Hz、“有用信號相位”=0、“ 正弦干擾信號幅值”=2V、“正弦干擾信號頻率”=30Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“ 白噪聲幅值”=0。 此時濾波器幅頻特性如圖 416 所示：西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設計（論文）36 圖 416 修改參數(shù)后帶阻濾波器幅頻特性圖 記錄濾波前和濾波后波形特性如下：4 虛擬數(shù)字濾波器的調試及結果分析37圖 417 修改參數(shù)后帶阻濾波器（添加正旋干擾）濾波效果演示 由濾波器參數(shù)修改前后的帶阻濾波器幅頻特性圖，可以看出，修改前后濾波器的低截止頻率，高截止頻率不變，但是幅頻特性曲線略有不同。 濾波器參數(shù)修改前后，當被測信號為“有用信號幅值”=2V、“有用信號頻率”=50Hz、“有用信號相位”=0、“正弦干擾信號幅值”=2V、“ 正弦干擾信號頻率”=30Hz、“正弦干擾信號相位”=0、“白噪聲幅值”=0 時，比較“濾波效果演示圖” ，“濾波前和濾波后信號幅頻特性圖以及消噪前后的信噪比和失真度，可以看出，西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設計（論文）38修改參數(shù)后的濾波器濾波效果較差，參數(shù)修改前消噪后的信噪比為 ，參數(shù)修改后消噪后的信噪比為 。 由實驗可知，本文設計的虛擬巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀可分別實現(xiàn)帶通、低通、高通和帶阻的濾波功能，其各種濾波器 的最優(yōu)濾波參數(shù)如下： ①、帶通濾波器：最佳參數(shù)為階次 低截止頻率 49Hz、高截止頻率51Hz。 ②、低通濾波器：最佳參數(shù)為階次 1低截止頻率 70Hz、高截止頻率無效。 ③、高通濾波器：最佳參數(shù)為階次 低截止頻率 30Hz、高截止頻率無效。 ④、帶阻濾波器：最佳參數(shù)為階次 低截止頻率 29Hz、高截止頻率31Hz。 ： （1）比較濾波器之間的不同 根據(jù)濾波器以上實驗中保存的各個類型濾波器“濾波特性圖” ，比較帶通濾波器與帶阻濾波器、低通濾波器與高通濾波器的異同如下：帶通濾波器與帶阻濾波器：兩個濾波器的幅頻特性相反，帶通濾波器對頻率在高低截止頻率外的信號進行衰減，帶阻濾波器則相反，相同點是都有高低截止頻率。 低通濾波器與高通濾波器：兩個濾波器的幅頻特性也相反，低通濾波器濾除高頻干擾信號，高通濾波器濾除低頻干擾信號，相同點是都有低截止頻率，高截止頻率無效。 （2）四個濾波器在對加有 2V，正弦干擾信號的濾波效果有何不同：比較帶通濾波器和帶阻濾波器的濾波效果： 兩者都能很好的濾除干擾信號，相比之下，帶通濾波器對信號的濾波效果要好于帶阻濾波器，帶通濾波器濾波后干擾信號衰減幅度更大。 比較低通濾波器和高通濾波器的濾波效果：兩者都能很好的濾除干擾信號，相比之下，高通濾波器對信號的濾波效果要好于低通濾波器，高通濾波器濾波后干擾信號衰減幅度更大。4 虛擬數(shù)字濾波器的調試及結果分析39西安交通大學城市學院本科生畢業(yè)設計（論文）405結論與展望 本文基于 LabVIEW 軟件平臺，實現(xiàn)了虛擬巴特沃斯數(shù)字濾波器演示儀的設計。這是一款純軟件的數(shù)字濾波器，該設計具有以下特點： 將數(shù)字濾波器的設計原理與 LabVIEW 軟件相結合，實現(xiàn)了虛擬數(shù)字濾波 器?？梢?，可以將一些先進的數(shù)字信號處理算法應用于虛擬儀器的設計，這一思想為今后虛擬儀器的設計提供了一個很好的設計理念。 基于 LabVIEW 軟件平臺設計的濾波器足以實現(xiàn)濾波器的功能，且這樣的虛擬濾波器較硬件配置的濾波器而言具有制作簡單、成本低、應用靈活、系統(tǒng)穩(wěn)定等優(yōu)點,可見虛擬儀器的發(fā)展具有很廣闊