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1、2004年12月吉林工程技术师范学院学报(工程技术版)Dec12004第20卷第12期JournalofJilinTeachersInstituteofEngineeringandTechnology(EngineeringTechnologyEdition)Vol120No112文章编号:1009-9042(2004)12-0027-03基于Labview的虚拟滤波器的设计孙艳红(吉林工程技术师范学院机电工程学院,吉林长春130052)摘要:介绍了滤波器的作用和类型,并利用Labview语言设计了巴特沃斯滤波器。关键词:滤波器;Labvie
2、w;巴特沃斯滤波器+中图分类号:TN713.7文献标识码:ADesignonvirtualfiltersbasedonlabviewSunYanhong(JilinTeachersInstituteofEngineeringandTechnology,ChangchunJilin130052,China)Abstract:Thepaperpresentsthefunctionsandcategoriesofthefilters,anddesignsconcretelytheButterworth-FilterbyLabview.Keyword
3、s:filters;Labview;Butterworth-Filte在信号测试中,被测信号往往混有各种频率的噪声,而噪声是对有用信号的一种干扰,是信号测试中的不利因素。因而,可以借助滤波器的选频作用,使特定频率范围的信号得以通过,而将干扰噪声以及无用信号过滤掉,提高信号分析的真实程度。1滤波器的作用与类型1.1滤波器的作用滤波器实质是一种选频装置,它在测量系统中的作用主要有三个:一是抑制噪声干扰信号;二是做频率补偿器,扩展整个测量系统频带;三是特别提取某个频率分量的信号,如调幅波解调器。1.2滤波器的类型按照滤波器的选频作用,滤波器可分为四
4、类:(1)低通滤波器。通频带在低频段,为0—f1,即要求在此频率范围的信号可以不衰减地通过,而其他频率成分被迅速截止。收稿日期:2003-07-10作者简介:孙艳红(1973-)女,吉林大安人,吉林工程技术师范学院机电工程学院讲师,吉林大学博士研究生。27孙艳红:基于Labview的虚拟滤波器的设计(2)高通滤波器。通频带在高频段,为f2—∞,即要求在此频率范围的信号可以几乎不衰减地通过,而其他频率成分被迅速截止,与低通情况正好相反。(3)带通滤波器。通频带在中频段,为f1—f2,即要求在此频率范围的信号可以几乎不衰减地通过,而其他频率成分被
5、迅速截止,可以理解为低通与高通情况的叠加。(4)带阻滤波器。阻带在中频段,为f1—f2,通频带在两侧,即0—f1和f2—∞,即要求在此频率范围的信号可以几乎不衰减地通过,而其他频率成分被迅速截止,可以理解为带通滤波器的互补运算。图1为四类滤波器的幅频特性。图1滤波器的频谱2实际滤波器上述滤波器的频谱特性属于理想状态,实际是不可能实现的,实际滤波器的设计过程就是寻找逼近理想滤波器的过程,即寻求一个可实现的衰减或上升特性来逼近理想特性,使衰减或上升变化处于所规定的限度内。根据不同的逼近准则,形成不同的滤波器。在很多逼近准则中,常用的是巴特沃斯(B
6、utterworth)和切比雪夫(Chebyshev)型。巴特沃斯(Butterworth)滤波器有近乎最平的通带,应用较广泛,因此本文以巴特沃斯低通滤波器为例介绍频率特性函数,并进行软件仿真。3巴特沃斯低通滤波器的频率特性函数3.1幅频特性的一般表达式1
7、H(ω)
8、=(1)ω2n1+()ωc式中n=1、2、3、⋯为滤波器的阶次。图2(a)和(b)分别表示了不同n值的幅频特性与相频特性。3.2一阶巴特沃斯低通滤波器3.2.1传递函数KH(s)=(2)Ts+1(2)式中T为时间常数,将s=ωj代入上式,其频率特性为:KH(ωj)=H(ω)=(3
9、)Tωj+13.2.2幅频特性1
10、H(ω)
11、=(4)ω21+()ωc(4)式中ωc=1/T为转角频率。3.2.3相频特性282004年12月吉林工程技术师范学院学报第20卷第12期ωθ(ωj)=θ(ωj)=-arctanωT=-arctan(5)ωc3.2.4一阶巴特沃斯低通滤波器频率特性图图2n值不同时巴特沃斯低通滤波器的频率特性图图3n=1时巴特沃斯低通滤波器的频率特性图由图可见,作为低通滤波器,当n=1时,该滤波器的低通特性是很差的。n值越大,就越接近理想特性。4软件实现本文在Windows2000操作系统上应用Labview软件进行设
12、计。图4为程序的前控制面板(后面板图略),通过改变信号参数和滤波器参数,可以得到相应信号波形,图像直观、简洁。5结论图4程序控制前面板设计本文针对信号处理的不同方法
