机电测试技术 教学课件 作者 赵树忠电子教案第16课.doc

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1、第16课■授课内容第8章计算机辅助测试技术8.3数字信号的处理与分析8.3.1数字信号处理8.3.2数字信号分析简介8.4模拟信号输出8.5计算机辅助测试系统的设计8.5.1设计准备8.5.2硬件设计8.5.3软件设计8.6虚拟仪器8.6.1虚拟仪器的概念8.6.2虚拟仪器的组成8.6.3虚拟仪器开发平台LabVIEW简介■课时数2课时■重点难点重点：1.数字信号处理的基本内容与方法。难点：数字信号处理。■授课方式新课■所用教具无《机电测试技术》第16课13/13第8章计算机辅助测试技术8.3数字信号的处理与分析数字信号处理的目的是为了使处理后的数字

2、信号能真实地反映被测对象的相应状态，最大限度地减小各种测量转换误差；数字信号分析的目的则在于合理地提取关于被测对象的有关信息。8.3.1数字信号处理1.数字滤波数字滤波（也称为程序滤波）是通过对A/D转换所采集下来的数字信号（数字量序列）进行一定的计算、判断，从而减少数字信号中存在的随机误差和各种干扰的影响。数字滤波具有以下几个特点：●数字滤波用程序来实现，不需要增加设备及装置，结果的可靠性高、稳定性好；●数字滤波可以实现截止频率极低（例如0.01Hz）的低通滤波；●数字滤波的方法很多，使用灵活，对不同类型的信号、干扰可采用不同的数字滤波方法。■算术

3、平均值滤波对数字序列中的个相邻的采样值取算术平均值，以该算术平均值（即滤波后的输出）作为信号在这个采样点处的采样结果，则信噪比提高倍。图8-13算术平均值滤波算术平均值滤波适用于混有一般随机干扰的数字信号的滤波。注意：●连续次采样所对应的总采样时间与实际采样间隔相比应充分地小；●应满足采样定理的要求；●取平均的采样值个数应适当，一般取为宜。■滑动（递推）平均值滤波按照采样的次序，首先对前个采样值取平均得到第1个算术平均值，然后将这个采样值最前面的一个去掉，再加上下一个新的采样值取平均后得到第2个算术平均值，…《机电测试技术》第16课13/13，依此类

4、推。滑动平均值滤波可降低对A/D转换器转换时间的要求。■加权平均值滤波原理与滑动平均值滤波相似，所不同的是为取平均的每个采样值赋以不同的权。以上三种数字滤波方法统称为平滑数字滤波。■防脉冲干扰平均值滤波将个采样值中的最大值和最小值剔除掉，对剩下的个采样值取平均，即可在一定程度上消除脉冲干扰的影响。■低通数字滤波（一阶惯性滤波）低通数字滤波的递推算法为（8-4）式中——第个未滤波的输入采样值；——第个滤波后的输出值；——第个滤波后的输出值；——滤波器常数（）。低通数字滤波的上截止频率由采样间隔和滤波器常数共同确定：。例如，当、取为0.1时，数字低通滤波

5、的上截止频率约为。低通数字滤波的实现程序比较简单，运算速度快，实用有效，可实现模拟滤波器所不能实现的上截止频率极低的低通滤波。2.标度变换作用：根据数字量与被测量大小之间的关系，将数字量转换成以特定单位表示的被测量的实际值。实现标度变换的方法：线性变换法、公式变换法、多项式变换法等。线性标度变换的计算公式为（8-5）式中——要进行标度变换的数字量；——标度变换后所得到的以特定单位表示的被测量大小；、——量程内被测量的最大值、最小值；、——量程内被测量的最大值、最小值时所对应的数字量输出。3.非线性校正测试系统中的各个环节（包括ADC《机电测试技术》第

6、16课13/13）所存在的非线性因素，使系统的输出与输入之间呈某种非线性关系，应通过适当的技术措施予以校正。●硬件非线性校正：利用某些非线性电路（如二极管电路），一般设置在信号调理电路的最后；●软件非线性校正：利用计算机，通过对数字信号进行函数计算来实现。■利用校正函数的软件非线性校正图8-14非线性校正设未校正前的数字量输出与被测量输入之间的关系为一非线性关系。若使校正后的输出，可在软件中加入一个校正函数。令（8-6）则校正函数应为（8-7）8.3.2数字信号分析简介信号分析的实现方法可分为模拟法和数字法。●模拟分析法是使用模拟信号分析设备直接对模

7、拟信号进行分析处理。●数字分析法是先把待分析的连续模拟信号通过A/D转换成离散的数字信号，然后由计算机对数字信号进行分析。1.数字信号分析的理论基础数字信号分析的主要理论基础是傅里叶变换、概率论及数理统计。（傅里叶变换→离散傅里叶变换DFT→快速傅里叶变换FFT）2.数字信号分析的基本原理数字信号分析的基本原理是：先对模拟信号进行采样、截断，有时还要人为地做加权、数字滤波等处理，将持续时间无限长的连续时间信号转换成有限长样本的离散时间序列，，然后在计算机上按一定的算法通过计算实现多种信号分析。图8-15有限长样本的离散时间序列《机电测试技术》第16课

8、13/133.数字信号分析方法■谱分析谱分析指的是把时域动态信号通过傅里叶变换变换到频域进行分析。谱分析的具