利用labview进行信号的时域分析
实验一 LabVIEW中的信号分析与处理
实验一LabVIEW中的信号分析与处理一、实验目的：1、熟悉各类频谱分析VI的操作方法；2、熟悉数字滤波器的使用方法；3、熟悉谐波失真分析VI的使用方法。
二、实验原理：1、信号的频谱分析是指用独立的频率分量来表示信号；将时域信号变换到频域，以显示在时域无法观察到的信号特征，主要是信号的频率成分以及各频率成分幅值和相位的大小，LabVIEW中的信号都是数字信号，对其进行频谱分析主要使用快速傅立叶变换(FFT)算法：·“FFT Spectrum(Mag-Phase).vi”主要用于分析波形信号的幅频特性和相频特性，其输出为单边幅频图和相频图。
·“FFT.vi”以一维数组的形式返回时间信号的快速傅里叶运算结果，其输出为双边频谱图，在使用时注意设置FFT Size为2的幂。
·“Amplitude and Phase Spectrum .vi”也输出单边频谱，主要用于对一维数组进行频谱分析，需要注意的是，需要设置其dt（输入信号的采样周期）端口的数据。
2、数字滤波器的作用是对信号进行滤波，只允许特定频率成份的信号通过。
滤波器的主要类型分为低通、高通、带通、带阻等，在使用LabVIEW中的数字滤波器时，需要正确设置滤波器的截止频率（注意区分模拟频率和数字频率）和阶数。
3、“Harmonic Distortion Analyzer .vi”用于分析输入的波形数据的谐波失真度（THD），该vi还可分析出被测波形的基波频率和各阶次谐波的电平值。
三、实验内容：(1) 时域信号的频谱分析设计一个VI，使用4个Sine Waveform.vi（正弦波形）生成频率分别为10Hz、30Hz、50Hz、100Hz，幅值分别为1V、2V、3V、4V的4个正弦信号（采样频率都设置为1kHz，采样点数都设置为1000点），将这4个正弦信号相加并观察其时域波形，然后使用FFT Spectrum(Mag-Phase).vi对这4个正弦信号相加得出的信号进行FFT频谱分析，观察其幅频和相频图，并截图保存。
LabVIEW分析与信号处理
LabVIEW基本分析与处理VI
• 数学
– – – – – – – – – – – – – – – Numeric Elementary and Special Functions BLAS/LAPAC-based Linear Algebra Curve Fitting Interpolation / Extrapolation Probability and Statistics Optimization Ordinary Differential Equations Geometry Polynomial Formula Parsing 1D & 2D Evaluation Calculus Zeros …
声音与振动 阶次分析 图像处理 机器视觉 时间序列
• • • •
数字滤波器设计 系统仿真 控制器设计 系统识别
LabVIEW 开发信号处理应用
麦克风阵列声源定位系统
设计与仿真
配置与调试
数据采集
分析与验证
试验系统配置
测试结果
1.67kHz
4.0kHz
R&D工程师们
麦克风阵列声源定位应用
LabVIEW中的数字滤波器设计
应用实例— — 谱估计
应用实例— — 汽车引擎故障检测
异常工作点
Demo
应用实例— — 脑磁场MEG信号分离
应用实例— — Fetal ECG信号分离
应用实例 — — 多元信号频谱分析
时变信号的典型处理方法
类型 I
信号特征：
类型 II
信号特征：
频率
频率
时间
分析方法： 分析方法：
时间
联合时频分析
2. 定点实现的量化模型建立
LabVIEW连续时间信号时域抽样信号的频谱课程设计
成绩评定表课程设计任务书4总结....................... ....................... .. (28)5参考文献....................... ....................... . (28)1引言在人类认识自然改造自然的过程中，信息发挥着至关重要的作用。
信息一般泛指消息、情报、指令、数据、信号等。
信号作为信息的重要组成部分，千百年来广泛的存在于我们的生产、生活的各个方面。
抽象的信息通过声音、图像、文字、颜色等这些我们可以实实在在感觉的到的形式传递信息。
因此，如何从这些实实在在的感觉到的东西中提取出信息就成为我们能否获取信息的关键。
因此我们对信号快速准确的分析处理能力决定着我们获取信息的能力。
随着人类社会的快速发展和科技的进步，需要处理的信息量越来越大，信号的分析处理方式也越来越多样化。
传统仪器不断发展，各种功能强大的仪器层出不穷。
虚拟仪器作为新型的信号处理分析仪器也迅速发展起来。
较传统仪器而言，虚拟仪器灵活方便，功能更加多样化，并且用户可以根据自己的需要自行定制功能，成本低廉但数据处理能力强大。
因此越来越受到人们的欢迎。
虚拟仪器的设计与使用对我们有着越来越重要的作用。
本次课程设计就是对这种能力的一种培养。
图2-5 前面板图图2-6 程序框图（2）通用编程系统。
LabVIEW的功能并没有因图形化编程而受到限制，依然具有通用编程系统的特点。
LabVIEW有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。
该函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。
LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序的结果、单步执行等，便于程序的调试。
LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其他语言的开发环境更方便、更有效。
（3）模块化。
LabVIEW的模块化体现在两个方面。
基于LabVIEW的震动信号时频域分析系统设计
基于LabVIEW的震动信号时频域分析系统设计以地下爆炸产生的震动信号为研究对象，基于LabVIEW软件，主要设计软件模块完成信号时域、频域、时频域分析。
整个软件采用自顶向下集成的模块化编程思路，大大提高了软件的执行效率和可扩展性。
测试表明，该软件系统可以很好的应用于震动信号分析方面。
标签：震动信号；时频域分析；系统设计在实际震动测试试验中，获取的震动信号属于非平稳信号。
直接些信号进行观察分析往往不能满足们的需求，很多信号的特征也不能直观的被显示出来。
因此，对信号进行时频域分析则成了研究的重点课题。
时域分析可以直观的给出信号在时域的特征，频域分析可以给出信号在频域的特征，时频域联合分析可以从图中分析信号时域与频域之间的联系。
这些往往对信号的特征提取分析有着重要的作用。
在地下采集到的震动信号，往往由于传播介质的复杂性，使其含有大量的噪声信号或者和其他不明成分，对后续震源位置定位有着重要的影响。
因此，文章以LabVIEW为软件开发平台，设计时频域分析模块，对震动信号进行相关的分析，为后续的震源定位提供良好的分析条件。
1 软件整体结构设计设计的软件要良好遵从的界面交互性、软件可移植性、开放性等原则。
文章基于LabVIEW开放平台，其具有计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，跟其他编程语言相比，其具有如下优势：（1）虚拟仪器具有良好的扩展性能，能实时根据需要完成软件的扩展。
（2）由于虚拟仪器测控测试技术，其能与硬件很好连接，工程上经常用硬件开发平台，利用虚拟仪器作为上位机完成相应的项目。
（3）虚拟仪器是强大的图形化语言，可以直观方面的供开发人员开发程序。
设计软件从功能划分为时域分析、频域分析、时频域分析。
时域分析又包括滤波功能，频域分析包括FFT功能，时频域分析包括小波去噪功能。
2 软件详细功能设计2.1 时域分析时域分析是主要是根据分析信号的特点，有些特点我们不能直观的看出来，因此时域分析要根据信号时间信息来获得相应的特征[1]。
基于LabVIEW的信号产生与分析系统
面板
。
信 号 产 生 与 分析 系 统的具体 实 现
信 号 发 生 器 模块 该模块 可 以 产 生 能够 用 公式进行描述 的 信号 与 常规
的几 种通用类 型 的 波形 正 谐波 方波等 同时 还 可 以 在波
,
、
形 上 叠 加各种噪声如 统 一 白噪声 高斯 白噪声 周期 随意
、
、
噪声 等常 见 的几种类 型 的 噪声
、
个输 出控件 与 若 干 个输 入 控件 显 示
,
、
控件分别用 来 显 示 原 始 波形 基本 谱 分 析 变换 后 的 谱 特 殊谱 分析后 的谱 联 合 频谱分 析后 的谱 若 干 个输入控件 来选 择 谱分析 函 数 参数 窗 函 数 图 为 其 频 谱 分析模块
,
、
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一
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前面板 续
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一
〕 乐平 李海 涛 赵 勇 等 杨
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高级 程 序设 计 」
结 束语
该系统是利 用
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明 北 京 清华大学 出版社 口刃 仁 」 国屏 王 坤 肠 侯 编 程 与 虚拟 仪 器 设计
北 京 清华大学 出版社
、
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开发 的 具有体积小巧 功
,
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能 强 大 的优点 比 如采集速度快 测 试精度高 数据存储量
供稿
虚拟 分 析与测量系统
目前 由于 实验不仅能够让学生 在巩 固理 论知识 的基
础上联 系 实 际 而 且能够培养学 生 解决实 际 问题 的 能力 与 创新 思 想 对 于 培养 高素质 的专 业 人才 和 科技人才起 到很
,
基于LabVIEW的数据处理和信号分析
基于LabVIEW的数据处理和信号分析Liu Y anY ancheng Institute of Technology, Y ancheng, 224003, ChinaE-mail: yanchengliu@·【摘要】虚拟仪器技术是一种数据采集和信号分析的方法，它包括有关硬件，软件和它的函数库。
用虚拟仪器技术进行数据采集和信号分析包括数据采集，仪器控制，以及数据处理和网络服务器。
本文介绍了关于它的原则，并给出了一个采集数据和信号分析的例子。
结果表明，它在远程数据交流方面有很好的表现。
【关键词】虚拟仪器，信号处理，数据采集。
·Ⅰ.引言虚拟仪器是一种基于测试软硬件的计算机工作系统。
它的功能是由用户设计的，因为它灵活性和较低的硬件冗余，被广泛应用于测试及控制仪器领域，。
与传统仪器相比，LabVIEW 广泛应用于虚拟仪器与图形编程平台，并且是数据收集和控制领域的开发平台。
它主要应用于仪器控制，数据采集，数据分析和数据显示。
不同于传统的编程，它是一种图形化编程类程序，具有操作方便，界面友好，强大的数据分析可视化和工具控制等优点。
用户在LabVIEW 中可以创建32位编译程序，所以运行速度比以前更快。
执行文件与LabVIEW编译是独立分开的，并且可以独立于开发环境而单独运行。
虚拟仪器有以下优点：A：虚拟仪表板布局使用方便且设计灵活。
B：硬件功能由软件实现。
C：仪器的扩展功能是通过软件来更新，无需购买硬件设备。
D：大大缩短研究周期。
E：随着计算机技术的发展，设备可以连接并网络监控。
这里讨论的是该系统与计算机，数据采集卡和LabVIEW组成。
它可以分析的时间收集信号，频率范围：时域分析包括显示实时波形，测量电压，频率和期刊。
频域分析包括幅值谱，相位谱，功率谱，FFT变换和过滤器。
另外，自相关工艺和参数提取是实现信号的采集。
·II.系统的设计步骤软件是使用LabVIEW的AC6010Shared.dll。
LabVIEW虚拟仪器设计教程第9章 信号分析与处理
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6
信号分析与处理
信号发生 波形调理和波形测量 信号时域与频域分析 滤波器 窗函数 逐点分析
9.1 信号发生
信号发生是信号处理的重要功能之一，常用来产生测试系统的激励测试信号和 模拟测试信号。LabVIEW中产生信号的方法有两种：波形生成和信号生成。从信 号发生的角度考虑，二者几乎没有区别。但从生成的数据特点考虑，首先，波形生 成产生的是波形数据，信号生成产生的是一维数组数据；其次，波形生成产生的横 坐标是时间单位的索引，信号生成产生的横坐标是数组数据的索引。
由指定的偏置、频率、幅值、公式表达式、采样信息生成一个信号波形。
由指定的偏置、频率、幅值、相位、采样信息生成一个正弦信号波形。 由指定的偏置、频率、幅值、相位、采样信息、占空比生成一个方波信号波形。 由指定的偏置、频率、幅值、相位、采样信息生成一个三角信号波形。 由指定的偏置、频率、幅值、相位、采样信息生成一个锯齿信号波形。 由指定的幅值、单个频率个数、开始频率、频率间隔、采样信息、相位关系（0为为 随机、1为线性）生成一个正弦混合信号波形，并输出峰值因素和强制转换后的实际 频率序列。 由指定的幅值、单个频率个数、开始频率、各频率信号的幅值、频率间隔、采样信 息、相位关系（0为为随机、1为线性）生成一个正弦混合信号波形，并输出峰值因 素和强制转换后的实际频率序列。与基本混合单频相比，各频率信号的幅值由输入 指定。 由指定的幅值、各频率信息、采样信息生成一个正弦混合信号波形，与基本混合单 频相比，各频率信号的频率、幅值、相位均由输入指定。
基本带幅值混 合ห้องสมุดไป่ตู้频 混合单频信号 发生器
波形生成VI功能说明（续）
VI 名 称 均匀白噪声波形 高斯白噪声波形 周期性随机噪声波形 反幂律噪声波形 功 能 说 明 由指定的幅值、采样信息生成一个伪随机均匀分布白噪声波形。 由指定的标准方差、采样信息生成一个伪随机高斯分布白噪声波形。 由指定的频谱宽度、采样信息生成一个周期性随机噪声波形。 由指定的噪声密度、指数、滤波器规范、采样信息生成一个噪声波形。
Labview 时域分析 频域分析 PID
1、系统的时域和频域分析建立典型环节数学模型后，可进行时域和频域的相关分析。
时域分析主要获得典型环节的单位阶跃响应、单位脉冲响应、零输入响应以及相应的动态性能指标。
频域分析可获得典型环节的频率特性，反映了正弦信号作用下典型环节系统响应的性能。
在控制工程中，频率分析法常常是用图解法进行分析和设计的，常用的频率特性有三种图解表示：Bode图、Nyquist图和Nichols图。
时域分析：时域分析由于涉及阶跃响应、脉冲响应和零输入响应。
对应的VI分别为：“CD Step Response.vi”、“CD Impulse Response.vi”和“CD Initial Response.vi”。
可以将三个子VI的输出端“Step Response Graph”、“Impulse Response Graph”和“Initial Response Graph”均连接到“XY图”控件，用于显示系统的时域响应曲线。
Vi程序：前面板：此外，利用“CD Parametric Time Response.vi”可以获得系统相应的响应指标。
频域分析：对典型环节的频域分析只需将典型环节的模型连接到“CD Bode.vi”、“CD Nyquist.vi”和“CD Nichols.vi”，它们的输出端连接到“XY 图”控件，便可获得典型环节的Bode 图、Nyquist 图和Nichols 图。
VI 程序：其中，传递函数为11)(+=S s G ； 前面板：2、数据采集和数据输出通道的建立这部分目前只研究了现有的一个模型，对应自己实验的部门还未完成。
其中，左上部分是针对一个系统的数据采集建立的通道；左下部分是经过控制之后的数据输出的通道的建立。
针对自己的实验系统的要求是：采集压电块的输出，经过PID控制，再输出一个控制电压。
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利用labview进行信号的时域分析
信号的时域分析主要是测量测试信号经滤波处理后的特征值，这些特征值以一个数值表示信号的某些时域特征，是对测试信号最简单直观的时域描述。
将测试信号采集到计算机后，在测试VI 中进行信号特征值处理，并在测试VI 前面板上直观地表示出信号的特征值，可以给测试VI 的使用者提供一个了解测试信号变化的快速途径。
信号的特征值分为幅值特征值、时间特征值和相位特征值。
用于信号时域分析的函数，VIs,Express VIs主要位于函数模板中的Signal Processing子模板中，其中多数对象位于Waveform Measurements子模板，如图所示
LabVIEW8.0中用于信号分析的Waveform Measurements子模板
基本平均值与均方差VI
基本平均值与均方差VI-------Basic Averaged DC—RMS.vi用于测量信号的平均以及均方差。
计算方法是在信号上加窗，即将原有信号乘以一个窗函数，窗函数的类型可以选择矩形窗、Haning窗、以及Low side lob窗，然后计算加窗后信号的均值以及均方差值。
演示程序的前面板和后面板如下图所示
Basic Averaged DC—RMS演示程序的前面板
Basic Averaged DC—RMS演示程序的后面板
平均值与均方差值
平均值与均方差值VI------Averaged DC—RMS.vi同样也是用于计算信号的平均值与均方差值，只是Averaged DC—RMS.vi的输出是一个波形函数，这里我们可以看到加窗截断后，正弦信号的平均值和均方差随时间变化的波形。
编写程序演示Average DC----Averaged—RMS.vi的使用方法，程序的后面板和前面板如下图所示
Averaged DC—RMS演示程序的后面板
Averaged DC—RMS演示程序的前面板
周期平均值与均方差值VI
周期平均值与均方差VI------Cycle Average and RMS.vi可以测量信号在一个周期中的均值以及均方差值。
编写程序演示Cycle Average and RMS.vi的使用方法，程序的后面板和前面板如图所示
Cycle Average and RMS演示程序的后面板
Cycle Average and RMS演示程序的前面板
过滤态测量VI
过滤态测量VI------Transition Measurements.vi可以用于测量信号的过滤态量------上升时间以及其超调量。
编写程序演示Transition Measurements.vi的使用方法，程序的后面板与前面板分别如图所
示
Transition Measurements演示程序的后面板
Transition Measurements演示程序的前面板
脉冲测量VI
脉冲测量VI----Pulse Measurements.vi用以测量信号的周期、脉冲宽度以及信号的占空比。
编写程序演示Pulse Measurements.vi的使用方法，程序的后面板与前面板分别如图所示。
Pulse Measurements演示程序的后面板
Pulse Measurements演示程序的前面板
幅值以及极大值、极小值VI
幅值以及极大值、极小值VI-------Amplitude and Level.vi用以测量信号的幅值以及极大值和极小值。
编写程序演示Amplitude and Level.vi的使用方法，程序的后面板与前面板分别如图所示。
Amplitude and Level演示程序的后面板
Amplitude and Level演示程序的前面板
提取信号弹频率信息VI
提取信号单频率信息VI-------Extract Single Tone Information.vi用以提取信号的频率、幅值和相位等信息。
编写程序演示Extract Single Tone Information.vi的使用方法，程序的后面板与前面板分别如图所示。
Extract Single Tone Information演示程序的后面板
Extract Single Tone Information演示程序的前面板
频率测量Express VI
频率测量Express VI------Tone Measurements Express VI用以测量信号中具有最大功率谱的信号的频率及其幅值、相位，也可以搜索一个频率范围，找到具有最大功率谱的频率。
编写程序演示Tone Measurements Express VI的使用方法，程序的后面板与前面板分别如图所示。
Tone Measurements Express 演示程序的后面板
Tone Measurements Express 演示程序的前面板
Tone Measurements Express VI的[属性配置]对话框如图所示。
Tone Measurements Express VI的[属性配置]对话框
时域和过渡态测量Express VI
时域和过渡态测量Express VI------Timing and Transition Measurements Exprss VI用以测量信
号的时域参数以及过渡态参数，如频率，周期，占空比以及超调量等。
编写程序演示Timing and Tradition Measurements Express VI 的使用方法，首先在Tone Measurements Express VI的【属性配置】对话框中对其属性进行设置。
Tone Measurements Express VI的【属性配置】对话框如图所示。
Timing and Tradition Measurements Express的【属性配置】对话框程序的后面板与前面板分别如图所示。
Timing and Tradition Measurements Express演示程序的后面板
Timing and Tradition Measurements Express演示程序的前面板
幅值和极大值，极小值测量Express VI
幅值和极大值，极小值测量Express VI------Amplitude and Level Measurements Express VI用以测量信号的幅值以及极大值，极小值峰值等信息。
编写程序演示Amplitude and Level Measurements Express VI的使用方法，程序的前面板与
后面板分别如图所示。
Tone Measurements Express演示程序的前面板
Tone Measurements Express演示程序的后面板
Tone Measurements Express VI的【属性配置】对话框如图所示
Tone Measurements Express VI的【属性配置】对话框。