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《基于虚拟仪器的低频扫频仪设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第8卷第6期2008年3月科学技术与工程Vol.8No.6Mar.2008167121819(2008)621580203ScienceTechnologyandEngineeringZ2008Sci.Tech.Engng.基于虚拟仪器的低频扫频仪设计朱江乐蒋东方李俊华(西北工业大学自动化学院,西安710072)摘要为满足低频范围内频域分析的需要,克服普通扫频仪不足之处,设计了一种基于虚拟仪器的低频扫频仪。介绍了该扫频仪的设计方法、工作步骤,提出了一种预扫频的方法,使扫频的效果与效率得到兼顾。本设计以模块板卡PXI25421和PXI26251为硬件基础,使用图形化开发环境LabV
2、IEW进行程序开发。经测试,该扫频仪运行准确,增强了整个测试系统的功能。关键词扫频仪虚拟仪器数据采集中图法分类号TP216;文献标志识码B控制系统的研究中,频域分析发挥着重要的作机箱:PXI—1050,提供了8个3UPXI模块用,通常使用扫频仪分析系统的频率特性。传统扫插槽。频仪功能较单一,通常不具备编程功能,且较笨重,模块板卡:有的只能测量幅频特性,无法直观显示相频特性,1)嵌入式微控制器PXI—8196,配置PentiumM单独购置已无必要。随着技术的发展,现代扫频仪2.0GHzCPU和512MB内存;实现了数字化和智能化,功能丰富,但价格昂贵,且2)任意波形发生器PXI—5
3、421,其更新率100要面向射频和高频范围,不适合工业控制领域针对MS/s,分辨率16bits;超低频和低频范围的测量分析。3)数据采集卡PXI—6251,其模拟输入单端16虚拟仪器技术经多年发展,已在测量和数据采通道,差分8通道,采样率单通道最高1.25MS/s,集领域得到广泛应用和认可。与传统仪器相比,虚多通道合计最高1MS/s,分辨率16bits。拟仪器技术可利用相同的数据采集设备,通过软件将控制器、波形发生器和数据采集卡安装在机构造出不同的测量系统,开发快捷,扩展性强。这箱插槽中,组成扫频仪的硬件部分。扫频时波形发一技术为扫频仪设计提供了新思路。本文使用PXI生器产生频率
4、由低到高的一系列正弦波作为激励总线数据采集设备,使用图形化编程语言LabVIEW信号,依次输入被测对象,数据采集卡的两个模入开发软件,设计扫频范围1～1000Hz的虚拟低频通道分别采集激励信号和响应信号,微控制器执行扫频仪,以满足控制系统低频范围频域分析的需要。程序计算各次扫频被测对象的频率特性。1硬件组成2扫频流程扫频仪系统硬件包括基于PXI总线的机箱和模2.1扫频频率块板卡。本设计中,按对数坐标图的横坐标(频率坐标)[1]2007年12月4日收到进行线性分度,即将扫频范围1～1000Hz按第一作者简介:朱江乐(1982—),男,西北工业大学硕士研究生,研lg1～lg1000等
5、分,确定每次扫频激励信号的频率。究方向:虚拟仪器。E-mail:jiangle.zhu@gmail.com。若扫频共N次,则第i次扫频频率为:6期朱江乐,等:基于虚拟仪器的低频扫频仪设计1581iFi=Fl(Fh/Fl)N-1,起始频率Fl,结束频360×(θ-2π)/2π,θ>π;率相频特性=360×(θ+2π)/2π,θ<-π;Fh。调用niFgenUtilCreateFrequencySweepData.360×θ/2π,-π≤θ≤π。将被测对象在每个扫频频率的对数幅频特性和vi,可以方便地得到每次扫频的频率。相频特性在X-Ygraph.vi上实时显示,即可动态生2.2延时
6、激励信号从一个频率切换到下一个时,被测对象成对数频率特性曲线。可能存在一个暂态过程,故引入延时,等待对象重新数据采集子VI循环,进行下一次频率的扫频。[2]达到稳态后再开始扫频。延时值可由用户输入。2.3预扫频3软件设计固定采样率下,采集到的信号数据越长,频域分析时分辨率越高,得到的结果越精确。增加所采信号扫频仪的软件利用LabVIEW编写。功能包括的长度,可以达到更好的扫频效果,但扫频时间将增接受用户设定数据,显示当前频率,实时绘制频率加、效率会降低。根据信号质量的差异,安排不同的特性曲线及保存历史数据等功能。简单软件流程采集信号长度,能够兼顾到扫频的效果与效率。具体图见图1。
7、做法:在扫频前进行一次预扫频,对在每个频率分点采集到的响应信号进行频谱分析,用带通滤波器将有效信号频段滤除,计算经过滤波器波形的功率谱,认为它是噪声功率谱。根据在不同扫频频率估算出的噪声功率谱大小,决定采集信号的长短。设计中,信号长短通过采集的周期多少来体现。2.4扫频扫频时,采集响应信号和激励信号。信号通过带通滤波器,滤掉干扰信号。每次扫频,数据采集子VI执行一次循环。第i次扫频,信号频率Fi,采样率FS,采集M个周期,则采得P个数据:P=MFS/Fi。L进行FFT时,数据需为
