通信工程畢業設計-基于虛擬儀器實施相位測量儀的設計(留存版)

　　

【正文】 市里，是你們和我共同維系著寢室那份家的融洽。本課題在選題及研究過程中得到趙老師的悉心指導。 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。、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。 如 X 和 Y 較小， direct方法通常更快。 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。這一過程如圖 31 所示。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。 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。使得在測量的同時完成了對被測量的分析與處理。 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。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。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。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。 相位差測量儀的應用 信號的相位差測量儀在電工技術，工業自動化，智能控制，通訊及電子技術等許多領域都有著廣泛的應用，隨著計算機和軟硬件的日益發展。 i 是交流電 流的瞬時值，I 是交流電流的最大值， f 是交流電的頻率， t 是時間。靈活高效的軟件能 幫助您創建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統集成，標準的軟硬件平臺能滿足對同步和定時應用的需求。 the virtual instrument。 畢業設計題目： 畢業設計說明書共 頁，設計圖紙 張。 關鍵詞：相關法；相位差；虛擬儀器； LABVIEW II Abstract There are a lot of methods for measuring phase. Can be roughly divided into two kinds of simulation method and digital method： The simulation method is first to multiple phase difference pulse points will be given. And then calculate the pulse width of the multiple phase difference. Take again for average phase but the circuit plexity。隨著科學的發展，相位測量也在不斷的發展和完善。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 3 相位測量儀的概述 相位的定義 相位是反映交流電任何時刻的狀態的物理量。 （ 2）采用新器件及設計方法提高相位測量精度及展寬工作頻率范圍。這也就是使得電子測量技術在很多領域得到了應用，在現代科學技術中具有不可代替的重要作用。 （ 4） 測量速度快 電子測量是由于是通過電子運動和電磁波的傳播來進行工作的，因此具有其他測量方法通常無法類比的高速度。這類儀器儀表顯示部分的幾本結構是電磁式結構，它利用電磁測量原理，通過指針的移動或電子束的便宜來顯示最終測量結果。 比較與差異 考察任何一臺傳統的只能儀器，都可以將其分解成以下三個部分： （ 1） 數據的采集：將輸入的模擬信號波形進行調理，并經 A/D 轉換成數字信號以待處理。改變了過去傳統儀器只能完成一種測量的弊病，集合多種儀器功能于一體，使儀器向多功能集成化方向發展。 數據采集、儀器控制、過程監控和自動測試是實驗室研究核工業自動化領域廣泛存在的實際任務。由于軟件是虛擬儀器的關鍵，在虛擬儀器中，用戶可以自已設計或定義新的理論和新的算法來適應不同的測量需求，儀器的功能更加靈活、 強大 ,且很容易同網絡、外設及其它應用連接，可很快更新所設計的儀器，這樣不僅價格低，還能減少儀器的研制時間，降低儀器的維護費用。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 14 過零點法 過零點發是通過計算兩個或多個同頻信號過零時刻的時間差，再將時間轉換為相位差。 ① 可測相位差的數值范圍為 0～ 360176。 圖 46 波形屬性設定 3)互相關函數 其中， X 是第一個輸入序列， Y 是第二個輸入序列。 如圖 41圖 413 和圖 414 所示： 圖 412 采樣頻率 =200Hz,采樣點數 =10 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 23 圖 413 采樣頻率 =1000Hz，采樣點數 =50 圖 414 采樣頻率 1500HZ，采樣點數 100 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 24 圖 415 采樣頻率 =2021Hz，采樣點數 =100 結合原 理、通過觀測顯示圖 41 41 414 和 415，并公式計算，得出當采樣頻率遠大于被抽取信號的最高頻率兩倍時，相位差計的精度和顯示的波形效果最好，即 hs ff 2?? 。此外隨著信號頻率的增加，必須考慮噪聲的影響，先關分析法測量適用 于頻率較低的信號，特別是對于超低頻信號的測量具有其它測量方法不可比擬的優點。如果設計中采用，那么設計中輸入的采集點越多，采集頻率越大，那么兩信號之間的相位差就越精確，這也是本設計的一個缺陷。 感謝我的爸爸媽媽。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。 圖 420 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） 28 圖 421 相位差為 50176。 圖 49 相位差 0～ 360176。 在設計過程中，還應當注意， Labview 中使用的自相關和互相關函數計算公式稍有不同，從數組序列取出 )0(^),0(^),0(^ xyRyRxR 時，不是對應 0?k 處。 此方法基于聯系信號離散化處理的離散傅立葉變換（ DFT）。連續信號 )(ty 變為離散時間序列1,2,1,0),( ?? knny ?。 (3) Labview 應用于仿真 Labview 包含了多種多樣的數學運算函數，特別適合進行模擬、仿真、原型設計等工作。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 10 Labview 概述 Labview 軟件簡介 隨著測試技術及大規模集成電路技術的發展，傳統的電子測試儀器 已從模擬技術向數字技術發展；虛擬儀器的出現給現代測試技術帶來了一場革命，從單臺儀器向多種功能儀器的組合及系統型發展，從完全由硬件實現儀器功能向軟硬結合方向發展，從功能組合向以個人計算機為核心構成通用測試平臺、功能模塊及軟件包形式的自動測試系統發展。一塊卡可以完成 A/D 及 D/A 轉換、數字輸入輸出、計數器 /定時器等多種功能，在配以相應的信號調理電路組件，即可構成能生成各種虛擬儀器的硬件平臺。而目前仍很普遍使用的第一、二代測量儀器具有功能單一，彼此不兼容，不能共享硬件和軟件組織，不能將所得到的測量結果在計算機中進行微處理的缺點。測量的速度和準確度也有很大的 提高。電子計數器的量程更寬，其頻率范圍可達 17 個數量級。現代科學技術、生產和國防的重要特點之一，就是要進行大量的觀測沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 5 和統計。這種情況叫做同相位，或者叫做同相。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 2 研究目標 基于 Labview開發平臺設計出一種相位測量儀，從而實現測量兩個信號的相位差的測量并校驗測量結果，它的特點比傳統的單一相位測量儀多出顯示信號的波形，幅度等功能，從而更直觀簡潔的現實測量結果 。動態相位測量技術與斷續信號相位測量技術已經用于海洋生物和海底資源的探測。利用Labview 設計一種利用虛擬相關法測量相位差計的虛擬儀器，該儀器以測量兩個同頻正弦波的相位差為基本功能，具備了測量信號頻率，顯示信號波形、相位差和產生標準信號等功能，體現了虛擬儀器高集成度，一機多用的特點。 傳統測量儀器功能單一，多功能虛擬儀器是現代儀器技術的發展方向。把相位測量技術與微波技術結合起來，可以精密測量物質的含水量且與被測物的密度無關。因此，傳統的相位差檢測方法正逐漸被軟件測量方法所替代，通過軟件算法來消除溫漂、噪聲及干擾信號的影響，使測量結果更加精確。 例如研究加在電路上的交流電壓和通過這個電路的交流電流的相位差，如果電路是純電阻，那么交流電壓和交流電流的相位差等于零，也就是說交流電壓等于零的時候，交流電流也等于零，交流電壓達到最大值時，交流電流也將達到最大值。進而改造世界的重要手段。例如一臺高靈敏的數字電壓表，可以測出10 納伏至 14 千伏的電壓，量程達 11 個數量級。例如在測量中能夠實現控制、遙控、自動調節、自動校準、自動診斷故障甚至自動修復，對測量結果可以進行自動記錄，自動完成數據的運算、分析和處理。 現代競爭要求測試系統有更短的開發周期、更低的成本和更高的質量，因此自動化測試、測量在各科研單位、各公司企業內越來越受關注，電子測試已經不僅局限于對獲取某些物理量，而要求將很多測量儀器組合起來，構成適用于某一特定目的的 專用系統。許多廠家目前已 研制出了許多種用于構建虛擬儀器數據采集卡。對于用戶而言，開放軟件的成本比購買新儀器的成本低廉，并且這種方式也便于儀器的維護和使用，并能縮短儀器的開發周期。使用 Labview 可以非常方便的編制各種控制程序。 2)互相關函數的離散表達式 當用計算機進行處理時，必須對北側信號進行采樣，連續信號 )(tx 變為離散時間序列 1,2,1,0),( ?? knnx ? 。 在有限區間（ t， t＋ T）內絕對可積的任一周期函數 x（ t），它的傅立葉技術展開式為： ?? ? ???? ?? ???????? 10 0 0 )s i n(2c oss i n)( n nnn n nn tnxatnatnbtx ? （ 38） 同時， x(t)可以表示為： ??? ???? 10 )s in()( n nn tnxxtx ? （ 39） 200 ax ? ， nnn xb ?cos? ， nnn xa ?sin? （ 310） 22 nnn bax ?? ，nnn batg ?? ，nnn baarctg?? （ 311） 由此可得，兩信號的相位差為： 21 ii ??? ?? 。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 18 圖 42 前面板的控件 設計完成后的儀器前面板見圖 43，在儀器的前面板中可模擬真實儀器 ，用鼠標任意更改 2 個波形的幅值、初始相位、周期和采樣點數等，然后運行即可顯示波形和相位差。 根據轉換公式：??1801 ?rad， 如圖 49。 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 420。但是基于各個原理的限制，對于一些測量難免會出現誤差，屬于可允許范圍之內。我們在一起的日子，永遠不會忘記。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 33 致 謝 本文從擬定題目到定稿，歷時數月。 沈陽工業大學本科生畢業設計（論文） 32 第 5章 總結與展望 此課題設計結合了在虛擬儀器中較為簡單直觀的圖形化編程工具 Labview，經過這一段時間的學習，已經基本上掌握了 Labview 各個模塊的基本功能并最終根據相關法的原理以及其它算法公式。 4)性能分析 該設計利用相關法的優勢在于精確度高，特別適用于電網信號受到較大干擾的情況下。算法指定使用的相關方法。 ② 信號的幅度范圍為 ～ V。過零法處理的信號是實際連續信號采樣后的離散數字信號，依據這些離散數字信號的特征，如何判斷信號的過零點成為算法的關鍵。所以有軟件就是儀器”的說法。在 20 世紀 80 年代初計算機出現之前，幾乎所有擁有程控儀器的實驗室都采用貴重的儀器控制器來控制測試系統，這些功能單一、價格昂貴的儀器控制器通過一個集成通訊端口來控制總線儀器。例如，可以在一臺虛擬儀器上同時完成信號發生、顯示波形、交直流電壓 /電流測量等功能。 （ 2） 數據的處理和分析：有微處理器按照