第3章虚拟仪器的测试信号分析.pptx

《虚拟仪器》－ 3;3.5 数字滤波器在虚拟仪器中的应用及其软件实现 ; 滤波器分类;3.5.1调用数字滤波器子程序的几个问题;调用时的参数设置 1) 滤波器类型选择 2) 截止频率确定 3) 采样频率设定 4) 滤波器的阶数 5) 纹波幅度 ;2．滤波过程的响应时间 输入信号经过数字滤波器，相当于输入信号和数字滤波器的单位抽样响应进行卷积运算，从运算的时间零点到获得正确的滤波结果，中间会有一个过渡过程，需要一定的响应时间。 在后续处理时应该忽略这一段开始的滤波结果。;3. A/D前的抗混滤波器 A/D转换获得数字信号时，若采样频率未满足采样定理，会产生频域混叠，这时信号中频率大于1/2采样频率的高频成分已经混进数字信号的低频段。 数字滤波器是不可能将这些混在一起的频率成分再分离的，因此数字滤波并不能完全取代A/D转换之前的模拟抗混滤波。 ;3.5.2在LabVIEW中应用滤波器;1．Express VI中的滤波器VI;Filter的参数设置 （1）滤波器参数设置 首先选择滤波器类型，有低通、高通、带通、带阻和平滑滤波器(Smoothing)的选项5种， 选择前面4种时，需设置滤波器的上和(或)下截止频率，有限冲击响应滤波器的序列长度，无限冲击响应滤波器的最佳逼近函数和阶次, 最佳逼近函数有巴特沃兹、切比雪夫、反切比雪夫、贝塞尔和椭圆滤波器5个选项。 若滤波器类型选择平滑滤波器，需要设置的参数则是移动平均的窗函数选择和移动平均的半长度设定、指数窗平均的时间常数。 平滑滤波器主要作用：对信号进行局部平均，消除周期性噪声或白噪声。;3-37中的输入信号预览窗口和输出信号预览窗口显示了利用三角窗进行白噪声移动平均的效果。 ;（2）预览模式设定和预览窗口显示;例：在LabVIEW中用Filter．vi进行滤波。 如图3-38所示为一个检测三角波基频信号的测试VI (Express Filter．vi)的前后面板。 ;图3-38 检测三角波基频信号的测试VI后面板;根据信号的基本知识，三角波由奇次倍频的谐波组成，经过上面滤波器后，只有基波(20Hz)的信号成分保留下来。 原始三角波信号和检测出来的基波信号相位不一致，是因为信号经过滤波器有一个时间延迟。 ;2. 波形Ⅵ中的滤波???VI;表3-10 Digital IIR Filter．vi的端口含义及设置;波形滤波器Ⅵ和Express滤波器VI的重要区别： Express滤波器VI只能是一个滤波器对一个输入信号进行滤波处理， 波形滤波器VI可以扩展至多个不同特性的滤波器对多个不同的信号进行处理。 ; 例：应用波形滤波器VI进行多通道信号多种参数滤波。Waveform Filter .vi。 两路输入信号是频率为20Hz的三角波和频率为10Hz的方波，幅值都为1，初始相位都为0。;图3-39 b) Waveform Filter．vi的前面板 ;图3-39 b) Waveform Filter．vi的后面板 ;3. 基本功能Ⅵ中的滤波器VI;3.6 信号和系统的频率分析技术及其软件实现;3.6.1 离散傅里叶变换;DFT计算求N出点的X(K) ，需要 次复数乘法，而快速傅里叶变换FFT的原理与DFT相同，是DFT在计算机中实现的快速方法。FFT运算要求点数N为2的整数次幂(如N=210=1024)时，计算速度最快。 ;2．FFT存在的误差及其解决办法;（1）量化误差 模拟信号幅值是连续变化的，而数字信号的幅值是跳跃式的，模拟信号在数字化过程中采样点的幅值若落在两相邻量化值之间，就要舍入到相近的一个量化值上，这样就造成了量化误差。 量化误差的最大值为数字编码最后位所代表值的1/2。 减小量化误差，提高量化精度的方法： 选用量化位数多的模数转换集成芯片； 在信号进行模数转换之前先经过程控放大器进行放大，这样小电压经过放大后再进行模数转换，量化误差的值相对原始信号值就小了。; （2）混叠误差 如果模拟信号x(t)的频谱是一限带信号，其信号中最高频率为 ，对时域作采样时的采样频率 如果小于所处理信号中的最高频率的两倍，就会产生频谱混叠。 减小混叠误差： ; （3）泄漏或截断误差 计算机可处理的长度总是有限的，而信号的长度可以是无限长的，这样在处理信号时必然就进行了长度上的截断，截断方法是：将无限长的信号乘以窗函数(Window function)。 信号被截断以后，其频谱等于原信号的频谱和窗函数频谱的卷积，其频谱会发生畸变，原来集中的能量会被分散到一