1、基于LabVIEW的頻譜分析儀姓名:*學號:*專業：機械工程基于LabVIEW的頻譜分析儀摘要2引言2第一章設計任務及思路31. 設計任務2. 設計思路第二章LabVIEW的簡介3第三章虛擬頻譜分析儀的前面板設計4第四章程序框圖的設計61. 仿真信號的產生及各種干擾噪聲的疊加2. 對信號進行濾波和加窗函數處理3. 對信號進行時域分析、頻域分析及諧波分析第五章結束語13參考文獻14摘要：介紹了基于LabVIEW的頻譜分析儀的設計和實現。整個系統由虛擬信號發生器模塊和頻譜分析模塊兩部分組成。虛擬信號發生器模塊能夠產生正弦波、三角波、方波、鋸齒波等標準信號，并且可以疊加各種干擾噪聲；頻譜分析模塊主要

2、是對上述信號進行濾波和加窗函數處理，輸出處理后的波形，同時進行時域分析、頻域分析以及諧波分析。關鍵詞：LabVIEW頻譜分析引言頻譜分析儀是信號頻域分析的重要工具，能提供時域觀測中所不能看到的獨特信號，如正弦信號的頻譜純度、非正弦波的頻譜、諧波失真等，也是電子產品研發、生產、檢驗的常備工具，需求十分廣泛。傳統頻譜分析儀價格昂貴、體積較大、功能固定，使其應用場合受到一定限制。虛擬儀器把測試技術與計算機技術結合起來，由軟件實現信號采集、分析處理、結果顯示等功能。圖形化的程序設計編程簡單、直觀、開發效率高。隨著虛擬儀器技術的不斷發展，圖形化的編程語言必將成為測試和控制領域內敲有前途的發展方向。第一章

3、設計任務及思路1 .設計任務(1)仿真產生各種信號，頻率幅值可調；(2)可以疊加各種干擾噪聲；(3)對上述信號進行濾波和加窗函數處理；(4)顯示輸出波形，同時進行時域分析、頻域分析及諧波分析。2 .設計思路3 計思路如下圖1所示。仿真信號的產生信號的處理信號的輸出圖1第二章LabVIEW的簡介LabVIEW是一種程序開發環境，由美國國家儀器(NI)公司研制開發，與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統，有一個完成任何編程任務的龐大函數庫。LabVIEW勺函數庫包括數據采集、GPIB串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲，等等。LabVIEW也有傳統的程序調試工具，如設置斷點、以動

4、畫方式顯示數據及其子程序（子VI）的結果、單步執行等等，便于程序的調試。LabVIEW是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執行順序，而LabVIEW則采用數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了VI及函數的執行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。LabVIEW是供很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于

5、流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。LabVIEW開發環境集成了工程師和科學家快速構建各種應用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學家解決問題、提高生產力和不斷創新。第三章虛擬頻譜分析儀的前面板設計4 面板、后面板的設計分別如圖2、圖3所示。圖2ti-i由真信號Lipfll原始信號-S*LrrIIR南垢信號Hanning荽鳥第b理后信號H-aruninjQu»FTTFTT分析幅度得FTT分析柜位甭:皆波分量停止圖3虛擬頻譜分析儀前面板主要是由頻譜顯示器組成。這個程序放在一個大的While循環中，這個循環是由采樣觸發開關控件來控制，當控件輸出的信號為真時，循環會一直持續下去，否者循環結束。

6、最后將采集到的數值送到各種頻譜分析模塊，得出采集數據的動態變化量輸出顯示。第四章程序框圖的設計1 .仿真信號的產生及各種干擾噪聲的疊加信號生成VI庫里提供了兩個信號生成ExpressVI可快速生成所需要的信號，它們分別是“仿真信號”和“仿真任意信號”。在這里采用“仿真信號”來仿真產生各種信號。仿真信號ExpressVI的適用場合與基本信號的生成類似，可以根據指定參數生成正弦波、三角波、方波、鋸齒波、直流信號等幾種基本類型的信號。在框圖上放入改VI后，彈出的配置對話框如圖4所示。從對話框中不僅可以配置基本的信號類型、頻率、初始相位、幅度、偏移量、采樣率等參數，還可以選擇是否疊加上某種類型的噪聲，

7、噪聲類型同樣也提供了多種常見類型可選，以及是否微移采樣率以保證整周期采樣。在這里選擇添加噪聲，來實現干擾噪聲的疊加。2 .對信號進行濾波和加窗函數處理(1)對信號進行濾波濾波器分為模擬濾波器和數字濾波器兩類。依靠軟件實現的數字濾波器與模擬濾波器或硬件實現的濾波器相比，有著活性強、可靠性高、穩定性好等突出的優勢，而且具有極低的成本優勢。數字濾波器可分為無線沖激響應(IIR)濾波器和有限沖激響應(FIR)濾波器兩大類，兩者劃分的主要標準是系統函數對單位的樣值的響應是否無線長。IIR濾波器具有幅頻特性較平坦的特點，FIR濾波器則可以做到嚴格的線性相移。LabVIEW中提供了數目眾多的濾波器函數，無論

8、是IIR濾波器還是FIR濾波器都可以實現，可傳遞的信號數據類型也包括波形信號和數組信號兩種，可以靈活的調用。在這里選擇IIR濾波器對信號進行濾波。輸出結果如圖5所示。圖5(2)對信號進行加窗函數處理窗函數的作用包括截斷信號、減少譜泄漏和用于分離頻率相近的大幅值信號與小幅值信號。LabVIEWI供了多種窗函數，包括Hanning窗、Hamming®、Blackman窗、Triangle窗、FlapTop窗、Force窗等等。對一個數據序列加窗時，LabVIEW飲為此序列即是信號截斷的序列，因此窗函數輸出的序列與輸入的序列的長度相等。本設計對信號進行的加窗函數的處理選擇用Hanning窗

9、。原始信號與Hanning窗函數處理后的信號輸出波形圖如6所示。圖63.對信號進行時域分析、頻域分析及諧波分析(1)時域分析時域信號分析函數有值交流成分檢測、卷積、逆卷積、相關分析、微分、積分、尖峰捕獲、門限檢測和過度分析等。本設計在對原始信號進行時域分析時，是利用自相關函數來檢測信號中是否含有周期成分。如果信號中含有周期成分，則其相關函數衰減很慢且具有明顯的周期。如圖7所示，原始信號為一正弦波與噪聲信號疊加而成，當噪聲幅度與正弦幅度相當時，可以看到自相關函數的衰減很慢而且具有明顯的周期性。如果使噪聲信號幅度遠大于正弦波幅度，從自相關函數中就很難看到周期成分了，因為正弦信號已經被噪聲信號淹沒了

10、，如圖8所示。圖7幅的蟀圖8(2)頻域分析信號頻域分析指將時域信號通過傅里葉變換等方法轉換到頻域上，然后進行分析。它的基本思想是將信號表示為一系列不同周期、不同相位的正弦信號的集合，從而將信號的頻域信息展現出來。在LabVIEW中有多個與FTT分析相關的VI。本設計在對信號進行頻域分析時，采用FTT頻域(幅度-相位)來分析所產生的原始信號。在使用Hamming1情況下所得到的程序前面板和框圖如圖9所示可以看出，相位頻譜雖然比較雜亂，到幅度中很容易看出兩個明顯的峰值，頻率位置也正好與正弦波的頻率相對應。國法0圖9FTT分析裕位造(3)諧波分析對于自然界中采集到的正弦波信號，往往不是只含有基波頻率

11、的純正弦波信號，而是帶有二次諧波，三次諧波甚至高次諧波的復雜信號。這些諧波的存在有時會為系統的響應性能帶來很大影響，所以需要進行諧波分析，測出信號中各次諧波分量的大小，為后續的信號處理過程做準備，如濾除、消弱某些次數的諧波等。LabVIEW用為諧波和失真度分析方面的應用提供了一個功能完善的VI諧波失真分析VI。應用次VI對原始信號分析所得到的程序前面板和框圖如圖10所示。磋,后的喉聲圖10第五章結束語本次設計我研究了基于LabVIEW勺頻譜分析，我感覺這樣的設計很實用，程序設計編程簡單、直觀、開發效率高，節約成本。通過本次虛擬頻譜分析，我對基于LabVIEW勺程序設計有了進一步的掌握，在對虛擬頻譜的分析中對LabVIEW的程序設計產生了濃厚的興趣，提高了理論結合實際的能力。由于本人水平有限，時間緊促，對其中的原理和實際操作方法或許存在不足之處，以后還得更加努力的研究,論文中有不對或者欠缺的地方請老師斧正。這學期的習很快就結束了，在指導老師的幫助下我解決了許多問題，鞏固了專業知識，發現了許多不足，明白了專業重心