通信工程畢業設計-基于虛擬儀器實施相位測量儀的設計-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 提高測量效率，對國民經濟各個領域都是至關重要的。但也由于頻率范圍寬，在不同的頻段測量所依據的原理、采用的方法、使用的元器件等可能相差很遠，通常把被測量電量或供給同一電量的儀器分為不同的頻段。量程寬正是電子測量儀器的突出優點。因此，不斷提高測量速度也是電子測量發展的一個重要方向。 由于具有以上一系列特點，電子測量技術被廣泛應用于自然科學的一切領域。這類儀器儀表的幾本原理在于將待測的模擬信號轉化為數字信號進行測量，如數字式萬用表，頻率計等。這使得組建測試系統的成本很高，而開發、研究的效率卻難以提高。 傳統只能儀器是有廠家將上述二種功能的部件根據儀器功能按固定的方式組建，一般一種儀器只能有一種功能或數種功能。 總之，虛擬儀器與傳統儀器最大的不同之處，就在于應用的靈活性上。使得在測量的同時完成了對被測量的分析與處理。同時，隨著計算機技術的不斷提高，現代自動測試系統正向儀器的自動化、智能化、小型化、網絡化和綜合化方向發展。 Labview 的應用 Labview 在包括航天、通訊、生物醫學、電子、地球物理、機械等各個領域內得到廣泛的應用，從簡單的儀器控制、數據采集到尖端的測試和工業自動化，從大學實驗室到工廠，從探索研究到技術集成，都可以發現應用 Labview 的成果和開發產品。在設計機電設備之前，可以現在計算機上用 Labview 搭建仿真原型，驗證設計的合理性，找到潛在的問題。虛擬儀器開發平臺Labview/CVI 提供了虛擬儀器的編程環境 ,用它所提供的各種與實際儀表外觀幾乎一樣的控件、指示器等可以很方便地組成用戶所需的儀表界而。計算相關函數的積分表達式變為求和式，可表示為： ???? 10 2 )(1)0(^ kn nxnxR （ 35） ???? 10 2 )(1)0(^ kn nynyR （ 36） ???? 10 )()(1)0(^ kn nynxnxyR （ 37） 式中 k為采樣點數。這一過程如圖 31 所示。 FFT 是 DFT 的一種快速算法。 ④ 在同一“波形圖”控件中先是兩個波形，并以“數值”顯示框型控件顯示相位差，保留兩位小數。例如：當采樣點數為 101 時，對應的 )0(^),0(^),0(^ xyRyRxR 的點應是)100(^),100(^),100(^ xyRyRxR ，在框圖中應作相應處理。 如 X 和 Y 較小， direct方法通常更快。顯示 相位差計設計測試結果 1) A、 B 的兩個同頻正弦波信號的頻率、幅值以及采樣頻率和采樣點數的設置 ，如圖 410。、幅值 ～ V、頻率 Hz～ 10 kHz之間的相位差以及幅度差測量，符合設計要求。的測試數據 3)與相關法的對比如圖 42 42 42 425 所示 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 29 圖 422 采樣頻率 =200Hz,采樣點數 =10 圖 423 采樣頻率 =1000Hz，采樣點數 =50 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 30 圖 424 采樣頻率 =1500Hz，采樣點數 =100 圖 425 采樣頻率 =2021Hz，采樣點數 =100 通過上圖的分析比較可以 得出，當采樣頻率遠大于被抽取信號的最高頻率沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 31 兩倍時，相位差計的精度和顯示的波形效果最好，即 hs ff 2?? 。 設計過程中，在 Labview 強大的圖形顯示界面平臺上實現了相位差的測量，對虛擬儀器的認識進一步加深。使用是，要預先對信號進行濾波或去噪處理。本課題在選題及研究過程中得到趙老師的悉心指導。焉得諼草，言樹之背，養育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。 感謝我的室友們，從遙遠的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著寢室那份家的融洽。 本次設計只是一個仿真實現的課題設計，未能采用數據采集卡這個數字化儀表。 本次設計有三種方法在虛擬儀器的平臺上來實現相位差的測量，即過零點發原理，相關法原理， FFT 頻譜分析法原理這三種方法，本次設計只采用了過零點法和相關法來實現設 計。該方法的測量誤差主要來源于交流信號的頻率不穩定。 過零點法 過零點法的設計框圖 圖 416 過零點設計框圖 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 26 過零點法前面板 圖 417 過零點法前面板設計圖 子模塊 (VI)設計 圖 418 兩個 while 循環 循環的目的是用來尋找零點 。采樣頻率直接影響到相位差計的精度和波形的顯示。 圖 47 相關函數 4)反余弦運算 根據相關法 原理，其相位差 ABxyR )(^2a rc c os ?? ? ，所以需要利用反余弦函數進行運算 ， 如圖 48。 2)正弦波相位、幅值以及采樣點數的 輸入，如圖 46。由于虛擬面板直接面向用戶，是虛擬電壓表控制軟件的核心，設計這部分時，主要考慮界面美觀、操作簡潔，用戶能通過面板上的旋鈕開關等控件控制虛擬示波器的參數設置。 該相關法相位差仿 真測量儀，可觀察已知幅值 A、 B 的兩個同頻正弦波仿真信號 x(t)與 y(t)的相位差。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 15 過零法測量的誤差 在程序實現的算法中，過零點的判斷本省就存在誤差，因為實際信號采集幾乎五大準確采集到過零點時刻，我們是通過信號前一時刻和后一時刻的值的變化來判斷過零點的，通常一句兩值乘積為小于 0 來判斷，因此，過零發本身就有一定的誤差。為了分析方便，目前最多文獻采用的是隨機統計方法。s i n)( ??? ??? tBtytAtx 。用一個簡單的公式來描述就是虛擬儀器＝軟件＋計算機＋必要的硬件。 Labview 擁有專門用于控制領域的模塊Labviewdsc。 Labview 概述 Labview 是實驗室虛擬儀器集成環境 (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡稱，是美國國家儀器公司 (National Instruments，簡稱NI)的創新軟件產品，也是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件開發集成環境。對被測量還可以進行存儲、打印、局部放大等。 虛擬儀器對電子測量的影響 由于虛擬儀器的特點，將使它在電子測量領域得到廣泛的應用： 在功能配置上，表現出了更高的靈活性。其中，數據分析與處理以及顯示等功能可以直接由軟件完成。這尤其適合科研與生產制造部門。另一類，儀器本身與微型機在硬件結構上是分開的，但儀器由微型機控制進行數據采集和處理，這類儀器應屬于智能儀器的范疇儀器。大量的指針式電壓表，電流表、功率計以及模擬示波器，掃描儀等一些通用測試儀器，均是 典型的模擬式儀器儀表。電子測量和計算機技術的緊密結合，特別是從 70 年代以來，超大規模集成電路和微處理機的出現，更使電子測量領域發生了重大的變化。子測量準確度高真是它現代科技領域得到廣泛應用的重要原因之一。 （ 2） 量程很廣 由于所測量電量的大小相差極大，要求測量儀器的量程也極寬。因此都將它們設法通過一定的傳感器變換成電信號，然后利用一整套比較成熟的電子學方法來進行測量。在這個過程中常借助一些專門的設備，即測量儀器，把被測量對象直接或間接地與同類已知單位進行比較取得數值和單位共同表示的測量結果。 目前，國內外提出了許多 改進的高精度相位測量方法，主要包括： （ 1）用專用數字處理芯片，利用正余弦表格及傅立葉變化方法來計算相位差，可大大提高測量精度。 相位差的定義 相位差：兩個頻率相同的交流電相位的差叫做相位差，或者叫相差。 第四章總結了此設計的不足與優點。傳統電子模擬式相位差測量采用乘法器法，二極管鑒相法等，需要完成對應的硬件電路。隨著微機技術的發展，智能相位儀器也在不斷涌現。將相位測量技術、激光光纖技術與微機技術結合是實現精密測量的重要方法。 本題目屬于應用類，設計主要內容利用互相關分析法實現相位差檢測，在虛擬儀器設計平臺上仿真實現，結合原理和公式進行數據計算分析，充分利用了 LABVIEW 的性能。近年來隨著高速數據采集卡和虛擬儀器技術的不斷發展，采用軟件來代 替硬件電路進行相位的測量成為可能。 畢業設計答辯委員會意見： 成 績： 專業畢業設計答辯委員會 主任委員 （簽字） I 摘 要 測量相位的方法很多，大致可以分為模擬方法和數字方法兩類：模擬方法是先對多個相位差脈沖進行積分，然后再計算這多個相位差脈沖的寬度，再取平均值求相位，這種方法精度高，但是電路復雜；數字方法是直接用計數脈沖對相位差脈沖進行填充，然后計算計數脈沖的個數，根據計數脈沖的個數求相位差。自 1986 年問世以來，世界各國的工程師和科學家們都已將 NI LABVIEW 圖形化開發工具用于產品設計周期的各個環節，從而改善了產品質量、縮短了產品投放市場的時間，并提高了產品開發和生產效率。 Labview IV 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................... II 第 1 章 緒 論 ...............................................................................................................1 引言 .................................................................................................................1 研究目標 .........................................................................................................2 工作內容 .........................................................................................................2 論 文結構 .........................................................................................................2 相位測量儀的概述 .........................................................................................3 相位的定義 ...........................................................................................3 相位差的定義 .......................................................................................3 相位測量方法及發展 ...........................................................................3 現代相位測量技術的發展可以分為三個階段 ....................................................3 相位差測量儀的應用 ...........................................................................4 電子測量原理 .................................................................................................4 電子技術的發展狀況 ...........................................................................5 電子測量儀器的發展 ...........................