LabVIEW2015虚拟仪器程序设计中的8.3.3波形测量

使用波形测量选板中的VI进行最基本的时域和频域测量，例如直流、平均值、单频频率/幅值/相位测量、谐波失真测量和信噪比及FFT测量等。波形测量VI在“函数选板”→“信号处理”→“波形测量”子选板中，如图8-94所示。

图8-94 波形测量VI

1.基本平均直流-均方根

该项功能从信号输入端输入一个波形或数组，对其加窗，根据平均类型输入端口的值计算加窗口信号的平均直流及均方根。信号输入端输入的信号类型不同，将使用不同的多态VI实例。基本平均直流-均方根VI的节点图标及端口定义如图8-95所示，其程序前面板和程序框图分别如图8-96和图8-97所示。

图8-95 基本平均直流-均方根VI

图8-96 程序前面板

图8-97 程序框图

平均类型：在测量期间使用的平均类型。可以选择Linear（线性）或Exponential（指数）。

窗：在计算DC/RMS之前给信号加的窗。可以选择Rectangular（无窗）、Hanning或Low side lobe。

2.瞬态特性测量 该项功能输入一个波形或波形数组，测量其瞬态持续时间（上升时间或下降时间）、边沿斜率和前冲或过冲。信号输入端输入的信号的类型不同，将使用不同的多态VI实例。瞬态特性测量VI的节点图标和端口定义如图8-98所示。

极性（上升）：瞬态信号的方向，上升或下降，默认为上升。

3.提取单频信息

提取单频信息主要对输入信号进行检测，返回单频频率、幅值和相位信息。时间信号输入端输入的信号类型决定了使用的多态VI的实例。提取单频信息VI的节点图标和端口定义如图8-99所示。

图8-98 瞬态特性测量VI

图8-99 提取单频信息VI

导出信息：选择导出的信号输出端输出的信号。选择项包括none（无返回信号，用于快速运算）、input signal（输入信号）、detected signal（正弦单频）和residual signal（残余信号）。

高级搜索：控制检测的频率范围、中心频率及带宽。使用该项缩小搜索的范围。该输入是一个簇数据类型，如图8-100所示。

近似频率：在频域中搜索正弦单频时所使用的中心频率。

搜索：在频域中搜索正弦单频时所使用的频率宽度，是采样的百分比。

图8-100 高级搜索

4.FFT频谱（幅度-相位）

该项功能为计算时间信号的FFT频谱。FFT频谱的返回结果是幅度和相位。时间信号输入端输入信号的类型决定使用何种多态VI实例。FFT频谱（幅值-相位）VI的节点图标和端口定义如图8-101所示。

图8-101 FFT频谱（幅度-相位）VI

重新开始平均（F）：如果重新开始平均过程时，需要选择该端。

窗：所使用的时域窗。包括矩形窗、Hanning窗（默认）、Hamming窗、Blackman-Harris窗、Exact Blackman窗、Blackman窗、Flat Top窗、4阶Blackman-Harris窗、7阶Blackman-Harris窗、Low Sidelobe窗、Blackman Nuttall窗、三角窗、Bartlett-Hanning窗、Bohman窗、Parzen窗、Welch窗、Kaiser窗、Dolph-Chebyshev窗和高斯窗。

查看：定义了该VI不同的结果怎样返回。输入量是一个簇数据类型，如图8-102所示。

显示为dB（F）：结果是否以分贝的形式表示。默认为FALSE。

展开相位（F）：是否将相位展开。默认为FALSE。

转换为度（F）：是否将输出相位结果的弧度表示转换为度表示。默认为FALSE。说明在默认情况下相位输出是以弧度来表示的。

平均参数：是一个簇数据类型，定义了如何计算平均值，如图8-103所示。

图8-102 查看端口输入控件

图8-103 平均参数输入控件

平均模式：选择平均模式。包括No averaging（默认）、Vector averaging、RMS averaging和Peak hold 4个选择项。

加权模式：为RMS averaging和Vector averaging模式选择加权模式。包括Linear（线性）模式和Exponential（指数）模式（默认）。

平均数目：进行RMS和Vector平均是使用的平均的数目。如果加权模式为Exponential指数）模式，平均过程连续进行。如果加权模式为Linear（线性），在所选择的平均数目被运算后，平均过程将停止。

该VI前面板及运行结果如图8-104所示，程序框图如图8-105所示。

图8-104 VI的前面板及运行结果

5.频率响应函数（幅度-相位）

该项功能为计算输入信号的频率相应及相关性。结果返回幅度相位及相关性。一般来说时间信号X是激励，而时间信号Y是系统的响应。每一个时间信号对应一个单独的FFT模块，因此必须将每一个时间信号输入到一个VI中。频率响应函数（幅度-相位）VI的节点图标及端口定义如图8-106所示。

重新开始平均（F）：VI是否重新开始平均。如果重新开始平均输入为TRUE，VI将重新开始所选择的平均过程。如果重新开始平均输入为FALSE，VI不重新开始所选择的平均过程。默认为FALSE。当第一次调用该VI时，平均过程自动重新开始。

图8-105 程序框图

图8-106 频率响应函数（幅度-相位）VI

6.频谱测量

频谱测量Express VI用于进行基于FFT的频谱测量，如信号的平均幅度频谱、功率谱和相位谱。频谱测量Express VI的初始图标如图8-107所示。该Express VI的图标也可以像其他Express VI图标一样改变显示样式。

图8-107 频谱测量Express VI

频谱测量Express VI放置在程序框图上后，将显示配置频谱测量对话框。在该对话框中，可以对频谱测量Express VI的各项参数进行设置和调整，如图8-108所示。

图8-108 “配置频谱测量”对话框

下面对配置频谱测量对话框中的选项进行介绍。

（1）频谱测量

幅度（峰值）：测量频谱，并以峰值的形式显示结果。该测量通常与要求幅度和相位信息的高级测量配合使用。例如峰值测量频谱幅度。幅值为A的正弦波在频谱的相应的频率上产生了一个幅值A。将相位分别设置为展开相位或转换为度，可展开相位频谱或将其从弧度转换为角度。如勾选平均复选框，平均运算后相位输出为0。

幅度（均方根）：测量频谱，并以均方根（RMS）的形式显示结果。该测量通常与要求幅度和相位信息的高级测量配合使用。频谱的幅度通过均方根测量。例如，幅值为A的正弦波在频谱的相应的频率上产生了一个0.707*A的幅值。将相位分别设置为展开相位或转换为度，可展开相位频谱或将其从弧度转换为角度。如勾选平均复选框，平均运算后相位输出为0。

功率谱：测量频谱，并以功率的形式显示结果。所有相位信息都在计算中丢失。该测量通常用来检测信号中的不同频率分量。虽然平均化计算功率频谱不会降低系统中的非期望噪声，但是平均计算提供了测试随机信号电平的可靠统计估计。

功率谱密度：测量频谱，并以功率谱密度（PSD）的形式显示结果。将频率谱归一化可得到频率谱密度，其中各频率谱区间中的频率按照区间宽度进行归一化。通常使用这种测量检测信号的本底噪声，或特定频率范围内的功率。根据区间宽度归一化频率谱，使该测量独立于信号持续时间和样本数量。

（2）结果

线性：以原单位返回结果。

dB：以分贝（dB）为单位返回结果。

（3）窗

无：不在信号上使用窗。

Hanning：在信号上使用Hanning窗。

Hamming：在信号上使用Hamming窗。

Blackman-Harris：在信号上使用Blackman-Harris窗。

Exact Blackman：在信号上使用Exact Blackman窗。 (www.chuimin.cn)

Blackman：在信号上使用Blackman窗。

Flat Top：在信号上使用Flat Top窗。

4阶B-Harris：在信号上使用4阶B-Harris窗。

7阶B-Harris：在信号上使用7阶B-Harris窗。

Low Sidelobe：在信号上使用Low Sidelobe窗。

（4）平均

指定该Express VI是否计算平均值。

（5）模式

向量：直接计算复数FFT频谱的平均值。向量平均从同步信号中消除噪声。

均方根：平均信号FFT频谱的能量或功率。

峰值保持：在每条频率线上单独求平均，将峰值电平从一个FFT记录保持到下一个。

（6）加权

线性：指定线性平均，求数据包的非加权平均值，数据包的个数由用户在平均数目中指定。

指数：指定指数平均，求数据包的加权平均值，数据包的个数由用户在平均数目中指定。求指数平均时，数据包的时间越新，其权重值越大。

（7）平均数目

指定待求平均的数据包数量。默认值为10。

（8）生成频谱

每次循环：Express VI每次循环后返回频谱。

仅当平均结束时：只有当Express VI收集到在平均数目中指定数目的数据包时，才返回频谱。

（9）相位

展开相位：在输出相位上启用相位展开。

转换为度：以度为单位返回相位结果。

（10）加窗后输入信号

显示通道1的信号。该图形显示加窗后的输入信号。如果将数据连向Express VI，然后运行，则加窗后输入信号将显示实际数据。如果关闭后再打开Express VI，则加窗后输入信号将显示采样数据，直到再次运行该VI。

（11）幅度结果预览

显示信号幅度测量的预览。如果将数据连往Express VI，然后运行，则幅度结果预览将显示实际数据。如果关闭后再打开Express VI，则幅度结果预览将显示采样数据，直到再次运行该VI。

7.失真测量

失真测量Express VI用于在信号上进行失真测量，如音频分析、总谐波失真（THD）、信号与噪声失真比（SINAD）。失真测量Express VI的初始图标如图8-109所示。该Express VI的图标也可以像其他Express VI图标一样改变显示样式。

图8-109 失真测量Express VI

失真测量Express VI放置在程序框图上后，将显示“配置频谱测量”对话框。在该对话框中，可以对失真测量Express VI的各项参数进行设置和调整，如图8-110所示。

图8-110 “配置失真测量”对话框

下面对“配置失真测量”对话框中的选项进行介绍。

（1）失真

SINAD（dB）：计算测得的信号与噪声失真比（SINAD）。信号与噪声失真比（SINAD）是信号RMS能量与信号RMS能量减去基波能量所得结果之比，单位为dB。如果需要以dB为单位计算THD和噪声，可以取消选择SINAD。

总谐波失真：计算达到最高谐波时测量到的总谐波失真（包括最高谐波在内）。THD是谐波的均方根总量与基频幅值之比。要将THD作为百分比使用，乘以100即可。

指定谐波电平：返回用户指定的谐波。

谐波次数（基波值=1）：指定要测量的谐波。只有选中指定谐波电平时，才可以使用该选项。

搜索截止到Nyquist频率：指定在谐波搜索中仅包含低于Nyquist频率（即采样频率的一半）的频率。只有选中了总谐波失真或指定谐波电平，才可以使用该选项。取消勾选搜索截止到Nyquist频率，则该VI继续搜索超出Nyquist频率的频域，更高的频率成分已根据下列方程混叠：aliased f = Fs – (f modulo Fs) 其中 Fs = 1/dt = 采样频率。

最高谐波：控制最高谐波，包括基频，用于谐波分析。例如，对于三次谐波分析，将最高谐波设为3，以测量基波、二次谐波和三次谐波。只有选中了总谐波失真或指定谐波电平，才可以使用该选项。

（2）搜索频率

搜索基频：控制频域搜索范围，指定中心频率和频率宽度，用于寻找信号的基频。

近似频率：用于在频域中搜索基频的中心频率。默认值为0。如将近似频率设为–1，则该Express VI将使用幅值最大的频率作为基频。只有勾选了搜索基频复选框，才可以使用该选项。

搜索（近似频率的+/-%）：频带宽度，以采样频率的百分数表示，用于在频域中搜索基频。默认值为5。只有勾选了搜索基频复选框，才可以使用该选项。

（3）结果

显示该Express VI所设定的测量以及测量结果。单击测量栏中列出的任何测量项，结果预览中将出现相应的数值或图表。

（4）输入信号

显示输入信号。如果将数据连接到Express VI，然后运行，则输入信号将显示实际数据。如关闭后再打开Express VI，则输入信号将显示采样数据，直到再次运行该VI。

（5）结果预览

显示测量预览。如果将数据连往Express VI，然后运行，则结果预览将显示实际数据。如果关闭后再打开Express VI，则结果预览将显示采样数据，直到再次运行该VI。

8.幅值和电平测量

幅值和电平测量Express VI用于测量电平和电压。幅值和电平测量Express VI的初始图标，如图8-111所示。该Express VI的图标也可以像其他Express VI图标一样改变显示样式。

幅值和电平测量Express VI放置在程序框图上后，将显示“配置幅值和电平测量”对话框。在该对话框中，可以对幅值和电平测量Express VI的各项参数进行设置和调整，如图8-112所示。

图8-111 幅值和电平测量Express VI

图8-112 “配置幅值和电平测量“对话框

下面对“配置幅值和电平测量”对话框中的选项进行介绍。

（1）幅值测量

均值（直流）：采集信号的直流分量。

均方根：计算信号的均方根值。

加窗：给信号加一个low side lobe窗。只有勾选了均值或均方根复选框，才可以使用该选项。平滑窗可用于缓和有效信号中的急剧变化。如果能采集到整数个周期或对噪声谱进行分析，则通常不在信号上加窗。

正峰：测量信号中的最高正峰值。

反峰：测量信号中的最低负峰值。

峰峰值：测量信号最高正峰和最低负峰之间的差值。

周期平均：测量周期性输入信号一个完整周期的平均电平。

周期均方根：测量周期性输入信号一个完整周期的均方根值。

（2）结果

显示该Express VI所设定的测量以及测量结果。单击测量栏中列出的任何测量项，结果预览中将出现相应的数值或图表。

（3）输入信号

显示输入信号。如果将数据连往Express VI，然后运行，则输入信号将显示实际数据。如果关闭后再打开Express VI，则输入信号将显示采样数据，直到再次运行该VI。

（4）结果预览

显示测量预览。如果将数据连往Express VI，然后运行，则结果预览将显示实际数据。如果关闭后再打开Express VI，则结果预览将显示采样数据，直到再次运行该VI。

波形调理子选板中的其他VI节点的使用方法与以上介绍的节点类似。