1、 虚拟仪器 第 1页 第七章 信号分析与处理u7.1 概述u7.2 虚拟仪器中待测信号产生途径u7.3 数学分析u7.4 数字信号处理 虚拟仪器 第 2页 虚拟仪器测试信号分析处理意义u 一个仪器系统通常由三大部分组成： 信号的获取与采集、信号的分析与处理、结果的输出与显示 ，其中信号分析与处理是构成测量仪器必不可少重要部分。u 在同一硬件平台上，调用不同的测试软件就可构成不同功能的虚拟仪器 。例如： 对采集的数据通过测试软件进行标定，并在时间轴上把对应的数据点显示出来，就构成了一台数字示波器； 对采集的数据利用软件进行 FFT变换，并把各频率分量幅值在频率轴上显示出来，则构成一台频谱分析仪等
2、。 通过信号分析与处理可求取信号的各种特征值，如峰值、真有效值、均值、均方值、方差、标准差及频谱函数、相关函数、概率密度函数等，可构成各种测试仪器。 虚拟仪器 第 3页 传统仪器 虚拟仪器虚拟仪器待测模拟信号信号处理前置预处理数据显示信号输入硬件电子系统A/D转换数字信号处理数据显示信号产生信号输出手动 /模拟信号控制待测模拟信号输出模拟信号D/A转换计算机数字信号控制数字信号产生输出模拟信号Classical Instrument Virtual Instrument(VI)计算机DAQ卡利用计算机强大、高效的数字信号处理和控制能力，配合高速高精度 A/D、 D/A转换卡，实现与传统专用仪器
3、相同乃至更强的功能，组成虚拟仪器前置预处理对比测量显示类仪表输出控制类仪表1.1 虚拟仪器概述 虚拟仪器 第 4页 相同的高速 A/D采集电路组成的示波器、交流电压表和频谱分析仪 虚拟仪器 第 5页 虚拟仪器测试信号分析处理程序的基本内容 u LabVIEW 提供了从信号的产生、信号的运算及信号分析处理（包括时域分析、频域分析、相关函数、统计分析）等多种功能。u 所谓信号分析就是采用各种物理的或数学的方法提取有用信息的过程，而信号的描述方法提供了对信号进行各种不同变量域的数学描述，表征了信号的数据特征，它是信号分析的基础。通常以四个变量域来描述信号，即 时间域（简称时域）、频率域（简称频域）、
4、幅值域和时延域 。 以 时间作为自变量的信号表达，称为信号的时域描述 。时域描述是信号最直接的描述方法，它反映了信号的幅值随时间变化的过程，从时域描述图形中可以知道信号的时域特征参数，即周期、峰值、均值、方差、均方值等。它们反映了信号变化的快慢和波动情况，因此时域描述比较直观、形象、便于观察和记录。 虚拟仪器 第 6页 以信号的 频率作为自变量 的信号表达，称为信号的频域描述。信号的频域描述可以揭示信号的频率结构，即 组成信号的各频率分量的幅值、相位与频率的对应关系 ，因此在动态测试技术中得到广泛应用。例如对振动、噪声等信号进行频域描述，可以从频域描述图形 频谱图中观察到该振动或噪声是由哪些不
5、同的频率分量组成、各频率分量所占的比例、以及哪些频率分量是主要的，从而找出振动或噪声源，以便排除或减小有害振动或噪声。 信号的 幅值域描述是以信号幅值为自变量的信号表达方式 ，它反映了信号中不同强度幅值的分布情况，常用于随机信号的统计分析。由于随机信号的幅值具有随机性，通常用概率密度函数来描述，概率密度函数反映信号幅值在某一范围内出现的概率，提供了随机信号沿幅值域分布的信息，它是随机信号的主要特征参数之一。 以时间和频率的联合函数来同时描述信号在不同时间和频率的能量密度或强度，称为信号的时延描述 。它是非平稳随机信号分析的有效工具，可以同时反映其时间和频率信息，揭示非平稳随机信号所代表的被测物
6、理量的本质，常用于图像处理、语音处理、医学、故障诊断等信号分析中。信号的各种描述方法是从不同的角度观察和描述同一信号，并不改变信号的实质。 虚拟仪器 第 7页 u 时域分析 ：测量时采集到的信号是一个时域波形。u 频域分析 ：测量时直接采集到的信号是时域波形，由于时域分析的局限性，所以往往把问题转换到频域来处理。基本方法是 FFT。u 相关分析 ：信号的相关分析是时（延）域中进行的一种信号分析处理方法。u 幅值域分析 ：信号的幅值域分析首先是对随机信号进行统计分析，可以求得信号的均值、均方值、方差、概率密度函数等。 u 测量数据处理 ：利用统计分析技术求测量结果的平均值、方差，进行不确定度评定
7、，实现最小二乘法的数据拟合算法等。u 数字滤波 ：滤波（即选频）是将一部分频率范围内的信号滤除掉，而允许另一部分频率范围内的信号通过。 虚拟仪器测试功能软件的主要内容 虚拟仪器 第 8页 7.2 虚拟仪器中待测信号产生的途径u 实测数据：对被测的模拟信号，进行采样， A/D变换，采样率为 fs,由时间起始值 t0，采样时间间隔t=1/fs，数组 Y为各个时刻的采样值。u 仿真波形数据在 LabVIEW 中的波形产生函数得到的仿真波形数据。u 回放数据从文件读入以前存储的波形数据，或由其他仪器采集的波形数据 。 虚拟仪器 第 9页 仿真波形数据方法 波形打包控件u Build Waveformu Bundle 控件 虚拟仪器 第 10页 例题 1 ：利用 Build waveform建立一个波形
