【正文】 新來實(shí)現(xiàn)，而不需購(gòu)買新的儀器。167。并且模擬式掃頻儀不能直接得到相頻特性，更不能打印網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)曲線，給使用者帶來了諸多不便。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和顯示功能實(shí)現(xiàn)了模擬式掃頻儀很難實(shí)現(xiàn)的功能，同時(shí)顯示幅頻特性曲線和相頻特性曲線，打印頻率特性曲線，甚至可以通過曲線擬合得到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的近似傳遞函數(shù)[4]。 頻率特性的基本概念頻率特性指系統(tǒng)傳遞不同頻率正弦信號(hào)的性能，包括幅度頻率特性和相位頻率特性。167。時(shí)域幅值判定是通過對(duì)每個(gè)掃頻信號(hào)的采樣序列直接求算術(shù)平均最大值，即在時(shí)域中直接求出信號(hào)的振幅值來實(shí)現(xiàn)的。時(shí)域判定算法如下：設(shè)總樣本數(shù)為N，第周期采樣點(diǎn)數(shù)為m，采樣序列為{Xk}，k=0，1，…，N1；令p=N/m。（2）判斷i≤p是否成立?若成立，從{Xk}中刪除Xmaxi，重復(fù)第1步，否則進(jìn)行第3步。這里采用平均值的原因是：在高速數(shù)據(jù)采集板卡中噪聲將影響讀數(shù)的穩(wěn)定性或測(cè)量的重復(fù)性。167。頻域分析中可求幅值譜、相位譜、功率譜及譜密度等。對(duì)于一些己知函數(shù)，通過傅氏級(jí)數(shù)和傅污積分可給出解析解，再進(jìn)行計(jì)算能得出一定精確程度的解答。因此，往往要把實(shí)際曲線逐點(diǎn)的讀數(shù)離散化后再進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算DFT的各種算法中，快速傅氏變換算法—FFT占有非常重要的地位，已成為現(xiàn)代頻譜分析的常規(guī)手段，特別是引入計(jì)算機(jī)技術(shù)后，更是方便快捷而且直觀精確的最佳選擇[5]。 虛擬頻率特性測(cè)試儀的總體結(jié)構(gòu)虛擬頻率特性測(cè)試儀由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和相應(yīng)的軟件（用LabVIEW開發(fā)的應(yīng)用軟件）信號(hào)處理部分和存儲(chǔ)部分組成。數(shù)據(jù)采集設(shè)備計(jì)算機(jī)用LabVIEW開發(fā)的應(yīng)軟件處理掃頻激勵(lì)信號(hào)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)信號(hào)存盤圖31 虛擬掃頻儀結(jié)構(gòu)圖圖為一般虛擬儀器的結(jié)構(gòu)框圖，在仿真時(shí)，設(shè)計(jì)中由于沒有被測(cè)網(wǎng)絡(luò)，所以在軟件設(shè)計(jì)中我們用已知的濾波器代替這里的被測(cè)網(wǎng)絡(luò)。167。測(cè)試方法有點(diǎn)頻測(cè)量法和掃頻測(cè)量法。測(cè)試時(shí)，信號(hào)源的頻率由低至高逐點(diǎn)調(diào)節(jié)，幅度保持不變，同時(shí)分別讀出電壓表的數(shù)值。正弦信號(hào)發(fā)生器被測(cè)電路電壓表示 波 器電壓表圖32 點(diǎn)頻法測(cè)量的方框圖掃頻測(cè)量法是點(diǎn)頻測(cè)量法的改進(jìn)，其方框圖如圖33所示。通常把掃頻信號(hào)發(fā)生器、峰值檢波器、示波器、頻標(biāo)信號(hào)發(fā)生器組成一個(gè)整體，即為頻率特性測(cè)試儀（掃頻儀）。 用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的掃頻儀的測(cè)量原理虛擬頻率特性測(cè)試儀的基本測(cè)量原理是使用隨機(jī)信號(hào)正弦波作為激勵(lì)信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出功能將激勵(lì)信號(hào)加到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)上，再用兩個(gè)模擬輸入通道將激勵(lì)信號(hào)和網(wǎng)絡(luò)輸出端的響應(yīng)信號(hào)同時(shí)采集到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算隨機(jī)信號(hào)的自功率譜和隨機(jī)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)的互功率譜，根據(jù)系統(tǒng)的特征，得到系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性[8]。 數(shù)據(jù)采集卡167。它是一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插在IBMPC/AT 或與之兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)的任一PCI插槽中，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)。PCI2006板上裝有14Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和12位D/A轉(zhuǎn)換器。輸入信號(hào)幅度可以經(jīng)程控增益儀表放大器調(diào)到合適的范圍，保證最佳轉(zhuǎn)換精度。5V、177。5V、177。167。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的此采集盒只有一個(gè)通道可以用（只有一個(gè)通道內(nèi)帶上拉電阻），而本設(shè)計(jì)在演示時(shí)需同時(shí)采集兩路信號(hào)，所以此采集盒滿足不了需求，需對(duì)其進(jìn)行改裝，再改裝一個(gè)通道，在其上接個(gè)500千歐的上拉電阻。這里我們使用雙端輸入方式接法，它可以有效抑制共模干擾信號(hào)，提高采集精度。表41 雙端輸入方式下AD通道的分配原始通道對(duì)通道序列原始通道對(duì)通道序列正端IN+負(fù)端IN正端IN+負(fù)端INCH0[IN00+]CH16[IN00]CH0CH8[IN08+]CH24[IN08]CH8CH1[IN01+]CH17[IN01]CH1CH9[IN09+]CH25[IN09]CH9CH2[IN02+]CH18[IN02]CH2CH10[IN10+]CH26[IN10]CH10CH3[IN03+]CH19[IN03]CH3CH11[IN11+]CH27[IN11]CH11CH4[IN04+]CH20[IN04]CH4CH12[IN12+]CH28[IN12]CH12CH5[IN05+]CH21[IN05]CH5CH13[IN13+]CH29[IN13]CH13CH6[IN06+]CH22[IN06]CH6CH14[IN14+]CH30[IN14]CH14CH7[IN07+]CH23[IN07]CH7CH15[IN15+]CH31[IN15]CH15PCI2006板可按圖41連接成模擬電壓雙端輸入方式，可以有效抑制共模干擾信號(hào)，提高采集精度。而現(xiàn)有的采集盒內(nèi)只有0通道接有此上拉電阻，所以準(zhǔn)備對(duì)1通道進(jìn)行改裝，接線法按圖41所示。 濾波電路的設(shè)計(jì)與搭建設(shè)計(jì)要求：截止頻率fc=2000Hz,紋波幅度ΔKp=,通帶增益Kp=2的二階壓控電壓源型巴特沃斯高通濾波器[10]，電路如圖42所示。表42 二階有源濾波器設(shè)計(jì)電容選擇用表fc/Hz100100~1000(1~10)k(10~100)k100kC1/181。F為單位）。表43 二階壓控電壓源型巴特沃斯高通濾波器設(shè)計(jì)用表Kp1246R1/kΩR2/ kΩR3/ kΩ∞R4/ kΩ0C2/C11111（4）電阻實(shí)際值的計(jì)算 (42)由式(42)計(jì)算得：R1=，R2=，R3=，R4=。硬件電路如圖43所示。 軟件模塊總體結(jié)構(gòu)該虛擬頻率特性測(cè)試儀軟件模塊主要分為參數(shù)設(shè)置模塊、激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)采集、譜分析、濾波處理、波形顯示、波形保存模塊。設(shè)置保存路徑設(shè)置窗函數(shù)設(shè)置采樣率和樣本數(shù)設(shè)置信號(hào)頻率和樣本數(shù)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)開始產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)置譜分析濾波處理波形顯示波形保存圖51 各模塊數(shù)據(jù)流圖167。然后用StartDeviceProAD即可啟動(dòng)AD部件，開始AD采樣，然后便可用ReadDeviceProAD_NotEmpty反復(fù)讀取AD數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷采樣。具體執(zhí)行流程如圖52所示。 激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊傳統(tǒng)頻率特性測(cè)試儀一般使用LC掃頻振蕩器產(chǎn)生掃頻信號(hào)，即被測(cè)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)（電路）的激勵(lì)信號(hào)，掃頻信號(hào)一般為頻率連續(xù)可調(diào)的交變信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用均勻白噪聲作為仿真激勵(lì)信號(hào)，之所以選均勻白噪聲信號(hào)，是因?yàn)樘摂M的外部設(shè)備是濾波器，白噪聲的濾波效果比較明顯；而且白噪聲的頻率不定，避免了在運(yùn)行時(shí)不斷的手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率。圖53 激勵(lì)信號(hào)發(fā)生程序設(shè)計(jì)框圖167。首先使用Cross Spectrum VI得到激勵(lì)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)的互功率譜，同時(shí)使用FFT Power Spectrum VI 得到激勵(lì)信號(hào)的自功率譜，然后根據(jù)式(51)和式(52)就可以得到系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)[1315]。 (51) (52)167。本虛擬儀器首先使用LabVIEW自帶的數(shù)字IIR濾波器 VI對(duì)所得到的響應(yīng)頻率做中值濾波，以剔除曲線中較大的毛刺。其定義如下：設(shè)濾波窗口的長(zhǎng)度為n=2k+1或n=2k觀測(cè)值個(gè)數(shù)為M(Mn)觀測(cè)值為當(dāng)