2.2 数字的分析与处理 利用LabVIEW 进行虚拟仪器系统的另一个好处在于其强大的数据分析与处理功能。LabVIEW 是一个带有扩展功能库和子程序库的通用程序设计系统。其开发环境下提供的应用程序有180 多种,除了具备其它语言所提供的常规函数功能和上述的生成图形界面的大量模板外,内部还包括许多特殊的功能库函数和开发工具库以及多种硬件设备驱动功能。主要有:高级分析函数库、工具箱库、综合时频分析控制箱。 根据系统需要实现的功能,这里主要利用高级分析函数库中的若干函数模块。 传统的张力测量仪大多只能提供纱线张力的平均值变化情况,只能对纱线的张力给出大致的估量。要得到张力的频域变化情况及其分析结果,必须借助于示波器、频谱分析仪等以及相关的控制和接口电路来实现。一方面,这些价格昂贵的仪表之间的通讯组合,调试、操作与维护麻烦,而且造成测量结果受到更多因素的影响;另一方面,由此造成的成本的上升使许多厂家很难接受。采用虚拟仪器能较好解决这个问题,它可以通过软件来实现这些由硬件完成的功能。以下介绍有关功能的实现。 在数字处理阶段,要清除噪声等干扰信号,可以运用高级分析函数库中的滤波SubVI 组成滤波器对采集来的数字信号进行滤波处理。运用时域和频域分析SubVI 组成示波器与频谱分析仪,进行时域、频域信号处理。比如使用快速傅立叶变换(FFT)使生成张力变化的频谱图。其变换原理如下。 如对信号进行N 次采样,将N 次采样的结果DFT 变换的结果也是N 个采样点,但它们位于频域。时域及频域中N 个采样点之间的关系如下:如果采样频率为fsHz,采样时间间隔为△t,满足,
采样点表示为x[ i ],其中0≤i≤N-1,对N 个采样点进行傅立叶变换的表达值是:
输出结果[XK]就是x[ i ]的频域显示。于时域显示类似,频域显示也有N 个采样点,其频率间隔△f满足,
它是频域显示的相邻谱线之间的频率间隔,也被称为分辨率(frequency resolution)。为提高分辨率,可以增大采样点数(保持采样频率不变)或者减小采样频率(保持采样点数不变)。利用这个函数,再辅以相应的参数,就可实现张力信号的频域显示,得到频谱图或功率频谱。 同样,可以利用高级分析函数库中的相关数字处理函数生成张力曲线图。另外,运用函数库中的数值分析计算SubVI 得到张力的最大、最小值、平均值、标准方差以及变异系数和张力的频度直方图。当采样的是非整数周期的信号时,为了防止频谱信息丢失,进而导致失真,可以选用恰当的平滑窗口函数,将采集波形的过渡段最小化,从而较少频谱的丢失。 |