用LabVIEW實現U3數據采集卡的時域分析信號處理

信號特征值以一個數值表示信號的某些時域特征，是對測試信號最簡單直觀的時域描述。在測試系統中往往用一些模擬儀表來指示信號的特征值。將測試信號采集到計算機后，在測試VI中進行信號特征值處理，并在測試VI前面板上直觀的表示出信號的特征值，可以給測試VI的使用者提供一個了解測試信號變化的快速途徑。LabVIEW中的信號特征值處理VI往往都是一些小VI，在理解了測試信號各類特征值的具體含義后，使用起來很方便。
下面幾款數據采集卡都能用Labview實現。

信號的特征值分為幅值特征值、時間特征值和相位特征值3種，下面以周期信號為例分別介紹。
1、周期信號的幅值特征
周期信號的幅值特征常以峰值、峰-峰值、均值、均方值和有效值來表示。
（1）峰值xp和峰-峰值xp-p
峰值xp是指在一個周期內信號x(t)可能出現的最大絕對瞬時值，即

峰-峰值xp-p是指在一個周期內信最大瞬時值xmax與最小瞬時值xmin的絕對值，即

信號的峰值和峰-峰值給出了信號變化的極限范圍，是選擇測試裝置的量程和動態范圍的依據。

（2）均值
周期信號的均值 表示信號變化的中心趨勢，是信號的常值分量。
（3）均方值 和有效值
周期信號屬于功率信號，其能量無限，平均功率 它反映了信號的功率大小。
平均功率的平方根就是信號的有效值 ，即 有效值也常稱為均方根值，工程上還常常寫成RMS。

在LabVIEW中實現信號幅值特征值求取
在LabVIEW中實現信號幅值特征值求取最簡單有效的方式是用Express VI 中的Amplitude and Level Measurements.VI。它的到達路徑是Functions→Signal Analysis或All Functions→Analyze→Wavefrom Measurements.VI。圖標是 。首先來看看Amplitude and Level Measurements.VI的參數設置對話框。

參數設置對話框

參數設置對話框中共劃分為4個區域，分別是要求進行的幅值特征值求取的項目（Amplitude Measurements）、當前幅值特征值求取的結果（Result）、輸入信號預覽窗口（Input Signal），和加窗后信號預覽窗口（Result Signal），其中最重要的是幅值特征值求取的項目的設置。VI使用的方便就體現在這里，需要求取哪個特征值，就在它前面畫勾，Amplitude and Level Measurements.VI自動在其圖標中添加這一輸出端口。Amplitude and Level Measurements.VI中可以進行的幅值特征值求取項目及其對應的參數含義列于下表。

Amplitude and Level Measurements.VI幅值特征值求取項目
參數 參數含義 參數 參數含義
DC 信號均值 Peak to peak 峰-峰值
RMS 信號均方根 Cycle average 一個周期的平均值
Maximum peak 信號最大值 Cycle RMS 一個周期的均方根值
Minimum peak 信號最小值

現在看一個用Amplitude and Level Measurements.VI進行特征值求取的例子。用Express信號發生器產生一個仿真用信號其參數如圖所示。這是一個具有直流偏置和噪聲干擾的正弦信號。Amplitude and Level Measurements.VI檢測其能夠檢測的所有幅值特征值的測試VI（Express Amplitude.vi）的前后面板示于下圖。

仿真信號參數設置

Express Amplitude.vi前面板

Express Amplitude.vi后面板

2、周期信號的時間特征值
周期和頻率是周期信號或準周期信號特有的時間特征值。周期信號的周期和頻率分別反映了周期信號波形重復出現的時間間隔和出現頻率，它們互為倒數關系。
在LabVIEW中，能夠求取信號頻率和周期的Express VI是Timing and Transition Measurements.VI 。它的到達路徑是Functions→Signal Analysis或All Functions→Analyze→Wavefrom Measurements.VI。和幅值特征值求取的Express VI一樣，其參數設置也非常簡單。除了幅值、時間等基本參數，Timing and Transition Measurements.VI還給出了其他幾個波形參數的求取，其對應含義見下表。

Timing and Transition Measurements.VI參數對話框設置

Timing and Transition Measurements.VI設置參數含義
參數 參數含義 參數 參數含義
Frequency 頻率 Preshoot 前置尖頭信號
Period 周期 Overshoot 過沖
Pulse duration 脈沖寬度 Slew rate 上升速度
Duty cycle 占空比

3、周期信號的相位特征
相位是周期信號特有的特征參數值。測試工程應用中有初始相位角和兩同頻周期信號的相對相位角兩個概念。
相位實際上表示了一段時間量在周期信號的一個波形周期中所占的比例。設信號的初始點相對于標準正弦或余弦信號的時間差為t0，信號周期為T，則其初始相位角 。兩同頻周期信號的初始相位角之差即為相對相位角。在實際應用中，由于信號的時間起點很難確定，所以初始相位角這個特征量用的比較少，經常使用相對相位角這個特征值來表示兩個同頻周期信號的波形相對時間差在一個周期中所占的比例。需要注意的是，這兩個同頻信號不一定是同樣類型的周期信號。在LabVIEW中常用分析兩個周期信號的互譜來求取相對相位角，互譜相位譜圖中周期信號頻率所對應的相位值即是兩個信號的對相位角（又稱相位差）。
Express VI中的Tone Measurements.vi可以用來測量一個信號的相位。Tone Measurements.v的參數設置對話框如下。更多內容：www.pc17.com.cn