通信工程畢業設計-基于虛擬儀器實施相位測量儀的設計(完整版)

　　

【正文】 ................................................6 第 2 章 虛擬儀器及 Labview 基礎 .............................................................................8 虛擬儀器概述 .................................................................................................8 定義 .......................................................................................................8 比較與差異 ...........................................................................................8 虛擬儀器對電子測量的影響 ...............................................................9 Labview 概述 ................................................................................................10 Labview 軟件簡介 ...............................................................................10 Labview 概述 .......................................................................................10 Labview 的應用 ................................................................................... 11 第 3 章 相位測量方法及原理 ...................................................................................12 相關法 ...........................................................................................................12 相關法測量相位差的原理 ..................................................................12 V 相關法測量相位差的誤差 ..................................................................13 過零點法 .......................................................................................................14 過零法測量原理 ..................................................................................14 過零法測量的誤差 .............................................................................15 FFT 頻譜分析法原理 .....................................................................................15 第 4 章 相位差計設計 ...............................................................................................16 設計要求 .......................................................................................................16 相關法 ............................................................................................................16 相關法相位設計程序主流程圖 .........................................................16 Labview 平臺下軟件的實現 ...............................................................17 子模塊設計 .........................................................................................20 相位差計設計測試結果 .....................................................................21 小結 .....................................................................................................24 過零點法 .......................................................................................................25 過零點法的設計框圖 .........................................................................25 過零點法前面板 .................................................................................26 子模塊 (VI)設計 ...................................................................................26 相位差計設計測試結果 .....................................................................27 綜合分過零點發與虛擬相關法 .................................................................31 第 5 章 總結與展望 ...................................................................................................32 致 謝 .........................................................................................................................33 參考文獻 .....................................................................................................................34 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 1 第 1章 緒 論 引言 隨著科學技術的發展，相位測量技術的應用已深入到 許多領域和部門。隨著科學技術的發展，相位測量技術與其他新技術的結合將有著廣泛的應用 前景。這也正是 NI 近 30 年來始終引領測試測量行業發展趨勢的原因所在。 第二章具體的介紹了測量相位差的原理。隨著時間的推移，交流電流可以從零變到最大值，從最大值變到零，又從零變到負的最大值，從負的最大值變到零。 加在晶體管放大器基極上的交流電壓和從集電極輸出的交流電壓，這兩者的相位差正好等于 180?，這種情況叫做反相位，或者叫做反相。在測試系統中越來越得到廣泛 的應用，比如在實際工作中，常常會遇到兩列頻率相同的信號之間存在相位差，那么就需要測量他們之間的相位差，電力系統中電網并網合閘時，要求兩電網的電信號之間的相位相同，這時要精確測量兩列工頻信號之間的相位差。因此，測量手段的現代化，已被公認為是科學技術和生產現代化的重要條件和明顯標志。例如超低頻信號發生器、音頻信號發生器、高頻信號發生器等等。 （ 3） 測準確度高 電子儀器的準確度通常可比其他測量儀器高很多。 （ 5） 易于實現遙測和長期不間斷測量 由于可以把電子測量儀器或與它連接的傳感器放到人類不便長期停留或無法達到的地區進行遙測，而且可以在被測對象正常工作的情況下進行現場測量，這就擴大了人類用測量的方法定量的認識世界的范圍。大到天文觀測、宇宙航天，小到物質結構、基本粒子；從復雜深奧的生命、細胞、遺傳問題到日常的工農業生產、醫學、商業各部門，越來越多的采用了電子測量技術和設備。今天數字化儀器儀表的增長速度已遠遠超過了模擬式儀器儀表。與此相對，基于計算機技術的智能儀器能夠有效的降低測試、測量系統的成本，共享測試系統的硬件和軟件，提高開發效率，成為測試系統與測量儀器的發展方向。而虛擬儀器是將具有上述一種或多種功能的通用模塊組合起來，通過編制不同的測試軟件來構成任何一種儀器，而不是某幾種儀器。虛擬儀器是用戶自己定義的，用戶可以將各種計算機平臺、硬件、軟件和附備件結合起來，組裝成所需要的應用設備。隨著新技術的發展，許多領域對電子測量提出了更高的要求。 所謂虛擬儀器 (Virtual Intrument，簡稱 VI)，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，利用虛擬儀器軟件開發平臺在計算機的屏幕上虛擬出儀器的面板 以及相應的功能，人們通過鼠標或鍵盤操作虛擬儀器面板的上旋鈕、開關和按鍵，去選用儀器功能，設置各種工作參數，啟動或停止一臺儀器的工作。 (1) Labview 應用于測試于測量 Labview 已成為測試與測量領域的工業標準，通過 GPIB、 VXI、 PLC 串行設備和插卡數據采集板可以構成實際的數據采集系統。在高等教育領域，有時如果使用Labview 進行軟件模擬，就可以達到同樣的效果，使學生不致失去實踐的機會。 由于釆用虛擬儀器技術 ,傳統的由硬件電路實現的相位測量方法有了重大突破，以下的相關法與過零點法具有測里結果準確度髙，抗干擾能力強等優點。 相關法測量相位差的誤差來源很多，主要是由于量化誤差、噪聲干擾所引起的。 圖 31 兩同頻信號圖 相位差的計算公式為： 360????? Tt? 其中 t? 為過零點時差； T 為信號周期。它要求所處理的數據總數為 2m，因此對采集的數據總數有要求，另外，要求采樣必須滿足采樣定理，否則發生頻譜混疊。 相關法相位設計程序主流程圖 本程序核心是實現對 ? 的計算，其中需要調用計算 )0(^),0(^),0(^ xyRyRxR的子程序，而在 Labview 平臺上，計算 )0(^),0(^),0(^ xyRyRxR 的子程序均可以直接從函數庫中調用源碼模塊，無需手工編寫，主程序的流程圖如圖 41 所示： 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 17 圖 41 相關法設計測量相位差的主流程圖 Labview 平臺下軟件的實現 虛擬相位差計有軟件控制信號的采集，并進行處理和結果顯示。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 19 圖 43 虛擬相關分析法相位差的前面板 以下是相關 法測量相位差的程序框圖，如圖 44 所示，先放置兩個同頻正弦波信號發生器用來產生波形，在后面再放置一個互相關函數處理器用來計算它們各自的相關函數，之后根據相關法原理和相位差從弧度轉化為角度表示法等一系列計算得到顯示值在前面板輸出。如 X 和 Y 較大， frequency domain 方法通常更快。 圖 410 相位差計輸入數值設定 2)測試結果數據 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 22 圖 411 相位差為 50176。該軟件界面操作簡易，編程方法簡單易懂，設計出的相位差計非常實用，更有利于數 據分析。 綜合分過零點發與虛擬相關法 采用過零點法處理信號的相位，由于存在過零點的判斷誤差，適用于信號幅值較大，采樣頻率高的場合。由于其以 PC 機為核心，使得許多數據處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用 PC 機和CPU 強大的數據處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測試系統的測試精度、速度大為提高，可實現自動化、智能化、多任務測量