虚拟仪器数据采集与信号处理

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1、虚拟仪器数据采集与虚拟仪器数据采集与信号处理信号处理第6章 虚拟仪器数据采集与信号处理n教学重点n数据采集数据采集n信号产生信号产生n信号的时域分析信号的时域分析n信号的频域分析信号的频域分析n数字滤波器数字滤波器n曲线拟合曲线拟合6.1 数据采集nLabVIEW作为一种图形化的虚拟仪器开发平作为一种图形化的虚拟仪器开发平台，在数据采集，信号的产生、分析与处理台，在数据采集，信号的产生、分析与处理上有明显的优势。上有明显的优势。LabVIEW提供了非常丰富提供了非常丰富的数据采集，信号发生、分析与处理函数。的数据采集，信号发生、分析与处理函数。n虚拟仪器主要用于获取真实物理世界的数据，虚拟仪器

2、主要用于获取真实物理世界的数据，也就是说，虚拟仪器必须要有数据采集的功也就是说，虚拟仪器必须要有数据采集的功能。从这个角度来说，能。从这个角度来说，数据采集就是虚拟仪数据采集就是虚拟仪器设计的核心器设计的核心，使用虚拟仪器必须要掌握如，使用虚拟仪器必须要掌握如何进行数据采集。何进行数据采集。6.1.1 数据采集系统的含义数据采集系统的含义 n在科研、生产和日常生活中，需要经常对在科研、生产和日常生活中，需要经常对模拟量模拟量（如温度、压力、流量、速度、位移等）进行测量（如温度、压力、流量、速度、位移等）进行测量和控制。和控制。数据采集数据采集（Data Acquisition，DAQ），），就

3、是将被测对象的各种参量（物理量、化学量、生就是将被测对象的各种参量（物理量、化学量、生物量等）通过各种传感器作适当转换后，再经信号物量等）通过各种传感器作适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到计算机调理、采样、量化、编码、传输等步骤送到计算机进行数据处理或记录的过程。进行数据处理或记录的过程。n用于数据采集的成套设备称为用于数据采集的成套设备称为数据采集系统数据采集系统（Data Acquisition System，DAS）。）。 n数据采集系统的任务数据采集系统的任务，就是通过传感器从被测对象获，就是通过传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的取

4、有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的结果。同时，将计算机得到的数据结果进行显示、需的结果。同时，将计算机得到的数据结果进行显示、存储或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一存储或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被计算机控制系统用来进行某些物理量部分数据还将被计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。的控制。n数据采集系统的好坏数据采集系统的好坏，主要取决于它的，主要取决于它的精度精度和和速度速度。在保证精度的前提下，应具有尽可能高的采样速度，在保证精度的前提下，应具有尽可

5、能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。p现代数据采集系统具有以下主要特点：现代数据采集系统具有以下主要特点：n一般都含有计算机系统；一般都含有计算机系统；n软件的作用越来越大；软件的作用越来越大；n数据采集与数据处理结合日益紧密；数据采集与数据处理结合日益紧密；n采集速度快，一般都具有实时特性；采集速度快，一般都具有实时特性；n数据采集系统的体积越来越小；数据采集系统的体积越来越小；n总线的应用越来越广。总线的应用越来越广。6.1.2 数据采集系统结构n数据采集系统通常是由数据采集系统通常是由传感器、信号调理电路、多传感

6、器、信号调理电路、多功能数据采集卡（功能数据采集卡（通常集成有模拟多路开关、程控通常集成有模拟多路开关、程控放大器、采样放大器、采样/保持器、定时器、保持器、定时器、A/D转换器及转换器及D/A转换器）、转换器）、计算机计算机及及外设外设等部分组成。等部分组成。 被 测 物 理 量 传 感 器 信号 调理 数 据 采 集 卡 计算机 非电量 电信号 模拟 信号 数字 信号 n传感器传感器 传感器是指能感受规定的被测量信号并按照一定的传感器是指能感受规定的被测量信号并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器不但规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器不但应该对被测量信号敏感，而且还

7、应具有将被测量信号应该对被测量信号敏感，而且还应具有将被测量信号的响应传送出去的功能。的响应传送出去的功能。n信号调理信号调理 （1）放大：）放大：电流型变送器电流型变送器、电压型变送器、电压型变送器 （2）隔离：）隔离：“地地”电位，共态电压差异电位，共态电压差异 （3）滤波：低通滤波器、抗混叠滤波器）滤波：低通滤波器、抗混叠滤波器 （4）激励：外接电流或电压激励信号（例，热电阻）激励：外接电流或电压激励信号（例，热电阻） （5）线性化：驱动软件包）线性化：驱动软件包n数据采集卡数据采集卡 一个典型的数据采集卡的功能有一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数模拟输入、模拟输出、数字

8、字I/O、计数、计数/定时器定时器等，这些功能分别由相应的单元电路等，这些功能分别由相应的单元电路来实现。来实现。（1）模拟输入）模拟输入：一般由多路开关、放大器、采样保持电路以：一般由多路开关、放大器、采样保持电路以及及A/D转换器来实现。转换器来实现。（2）模拟输出：为系统提供输出或控制信号（）模拟输出：为系统提供输出或控制信号（D/A）。）。（3）数字）数字I/O：通常用来控制过程、产生测试信号、与外设：通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的基本参数包括数字接口路数、收通信等。它的基本参数包括数字接口路数、收/发数据速率、发数据速率、驱动能力等。驱动能力等。（4）计数）计数/

9、定时器：计数器包括定时器：计数器包括3个重要信号：门限信号、计个重要信号：门限信号、计数信号、输出。数信号、输出。6.1.3 数据采集卡的选用与配置数据采集卡的选用与配置n数据采集卡：在计算机控制下完成数据采集数据采集卡：在计算机控制下完成数据采集和控制任务的板卡。数据采集卡分为和控制任务的板卡。数据采集卡分为内插式内插式采集卡和采集卡和外挂式外挂式采集卡。采集卡。n内 插 式 采 集 卡 包 括 基 于内 插 式 采 集 卡 包 括 基 于 I S A , P C I , PXI/CPCI,PCMCIA等总线卡，特点是速度等总线卡，特点是速度快，但是插拔不方便。快，但是插拔不方便。n外挂式采

10、集卡包括外挂式采集卡包括USB, IEEE1394, RS-232/RS-485和并口卡，特点是使用方便，和并口卡，特点是使用方便，但速度相对较慢。但速度相对较慢。 USB总线数据采集卡总线数据采集卡 PCI总线接口数据采集卡总线接口数据采集卡 数据采集卡的选用n在挑选数据采集卡时，用户主要考虑的是根据需求在挑选数据采集卡时，用户主要考虑的是根据需求选取选取适当的总线形式，适当的采样速率，适当的模适当的总线形式，适当的采样速率，适当的模拟输入、模拟输出，适当的数字量输入、输出接口拟输入、模拟输出，适当的数字量输入、输出接口等等，达到既能满足工作需求，又能节省投资的目的。，达到既能满足工作需求，

11、又能节省投资的目的。n需用数据采集卡的基本原则：需用数据采集卡的基本原则：p数据分辨率和精度；数据分辨率和精度；p可达到的采样速率（可达到的采样速率（=最高采样频率最高采样频率/通道数）；通道数）；p通道数；通道数；p数据总线接口类型（数据总线接口类型（PCI，PCMCIA, PXI, VXI）；）；p是否有隔离；是否有隔离；p支持的软件驱动程序及其软件平台。支持的软件驱动程序及其软件平台。数据采集卡产品介绍nNI公司作为虚拟仪器技术的开创者，面向广公司作为虚拟仪器技术的开创者，面向广大用户设计出一系列高品质的通用数据采集大用户设计出一系列高品质的通用数据采集卡，如卡，如B系列基本多功能系列基

12、本多功能DAQ卡、卡、S系列同系列同步采样多功能步采样多功能DAQ卡、卡、M系列新一代多功能系列新一代多功能DAQ卡等。卡等。nPCI-6251是首款基于是首款基于PC的的PCI Express多多功能高速数据采集卡，它将功能高速数据采集卡，它将PCIe总线技术总线技术和和NI的的M系列数据采集技术系列数据采集技术完美地结合在一起，完美地结合在一起，提供了快速模拟和数字提供了快速模拟和数字I/O，以及先进的，以及先进的PCIe通道带宽。通道带宽。数据采集卡的安装配置数据采集卡的安装配置 n在选购了在选购了NI公司的数据采集卡后，首先要将数据采集公司的数据采集卡后，首先要将数据采集卡安装到计算机

13、中并插在相应的总线插槽上，然后安卡安装到计算机中并插在相应的总线插槽上，然后安装相应的驱动程序。装相应的驱动程序。硬件驱动程序硬件驱动程序是应用软件对硬件是应用软件对硬件的编程接口，它包含着特定硬件可以接受的操作命令，的编程接口，它包含着特定硬件可以接受的操作命令，用于完成与硬件之间的数据传递。依靠硬件驱动程序用于完成与硬件之间的数据传递。依靠硬件驱动程序可以大大简化可以大大简化LabVIEW编程工作，提高开发效率，编程工作，提高开发效率，降低开发成本。降低开发成本。nNI公司的数据采集产品可以和公司的数据采集产品可以和NI LabVIEW以及以及NI-DAOmx测量驱动服务软件测量驱动服务软

14、件无缝地结合，从而能提供无缝地结合，从而能提供更高的性能、更高的价值和更多的更高的性能、更高的价值和更多的I/O。 6.1.4 基于LabVIEW的数据采集过程6.1.5 基于LabVIEW的数据采集VI设计n数据采集是虚拟仪器获取信息的必不可少的基本功能，数据采集是虚拟仪器获取信息的必不可少的基本功能，DAQmx软件软件是是LabVIEW的核心，使用的核心，使用LabVIEW必须要掌握如何使用必须要掌握如何使用DAQmx。nLabVIEW 2010中，中，DAQmx函数位于函数选板的函数位于函数选板的【测量测量I/O】【DAQmx-数据采集数据采集】子选板中。常用的子选板中。常用的DAQmx

15、函数有：函数有：（1）DAQmx Create Virtual Channel.vi：创建虚拟数据采集通道。：创建虚拟数据采集通道。（2）DAQmx Timing.vi：为数据采集配置采集速率和创建缓冲器。：为数据采集配置采集速率和创建缓冲器。（3）DAQmx Trigger.vi：为数据采集任务配置触发源，触发数据采集。：为数据采集任务配置触发源，触发数据采集。（4）DAQmx Start Task.vi：开始数据采集或者产生即将输出的数据。：开始数据采集或者产生即将输出的数据。（5）DAQmx Write.vi：向指定的虚拟通道或者任务写入数据。：向指定的虚拟通道或者任务写入数据。（6）D

16、AQmx Read.vi：从指定的虚拟通道或者任务读取数据。：从指定的虚拟通道或者任务读取数据。（7）DAQmx Wait Until Done.vi：等待数据采集完成。：等待数据采集完成。（8）DAQmx Stop Task.vi：停止数据采集或者停止产生数据的输出。：停止数据采集或者停止产生数据的输出。（9）DAQmx Clear Task.vi：清除数据采集任务。：清除数据采集任务。（10）DAQ助手：是用于配置通道、任务和换算的图形化界面。助手：是用于配置通道、任务和换算的图形化界面。 1. 基于基于DAQ助手的数据采集助手的数据采集例例6.1 利用利用DAQ助手和助手和PCI-625

17、1数据采集卡实现单数据采集卡实现单通道模拟电压的数据采集。通道模拟电压的数据采集。在在LabVIEW 2010中，完成任务配置并创建图形显示中，完成任务配置并创建图形显示控件后的控件后的DAQ助手如图所示，它在执行数据采集任助手如图所示，它在执行数据采集任务即可返回采集数据，并显示测试结果。务即可返回采集数据，并显示测试结果。2. 基于基于DAQmx函数的数据采集函数的数据采集（1）模拟信号的采集）模拟信号的采集例例6.2 利用利用DAQmx函数和函数和PCI-6251数据采集卡实现数据采集卡实现单通道有限数据点数据采集单通道有限数据点数据采集。 连续数据采集例例6.3 利用利用DAQmx函数

18、和函数和PCI-6251数据采集卡实现数据采集卡实现单通道连续数据采集。单通道连续数据采集。单通道连续数据采集单通道连续数据采集VI的程序框图的程序框图 多通道循环数据采集例例6.4 利用利用DAQmx函数和函数和PCI-6251数据采集卡实现数据采集卡实现多通道循环数据采集。多通道循环数据采集。前面板前面板 多通道循环数据采集多通道循环数据采集多通道循环数据采集VI程序框图程序框图 （2）离散信号的采集例例6.5 利用利用DAQmx函数和函数和PCI-6251数据采集卡实现数据采集卡实现事件计数。事件计数。事件计数事件计数VI的前面板和程序框图的前面板和程序框图 6.2 信号产生n信号产生信

19、号产生是仪器系统的重要组成部分，要评价任意一个是仪器系统的重要组成部分，要评价任意一个网络或系统的特性，必须外加一定的测试信号，其性能网络或系统的特性，必须外加一定的测试信号，其性能方能显示出来。最常用的测试信号有正弦波、三角波、方能显示出来。最常用的测试信号有正弦波、三角波、方波、锯齿波、噪声波及多频波（由不同频率的正弦波方波、锯齿波、噪声波及多频波（由不同频率的正弦波叠加而形成的波形）等。叠加而形成的波形）等。 n在在LabVIEW中用信号发生器产生了一个信号实际上相中用信号发生器产生了一个信号实际上相当于通过软件实现了一个当于通过软件实现了一个信号发生器信号发生器的功能。在的功能。在La

20、bVIEW中利用信号发生器产生的信号可以进行测试中利用信号发生器产生的信号可以进行测试系统模型的分析或进行信号处理方法的研究，也可以将系统模型的分析或进行信号处理方法的研究，也可以将仿真信号通过仿真信号通过D/A转换硬件输出，驱动实际执行单元动转换硬件输出，驱动实际执行单元动作。作。6.2.1数字信号的产生与数字化频率的概念 正弦波信号： 为采样间隔， 为信号周期，设一个周期内的采样点数为 n ，则 采样频率： 信号频率： 设 ,将2 弧度用360表示，并省略 ，则得 数字化频率 f = 模拟频率/采样频率 00( )sin(360/)u iAi nx11sfTnTfn0( )sinu tAt

21、TTTnTs1fT0()sin 2u i TAi nT1xsfffn6.2.2 信号生成信号生成子选板信号生成子选板 1. 正弦波生成Sine Wave.vi 正弦波函数的等效数学运算式如下正弦波函数的等效数学运算式如下：Sine Wavei=amplitudesin（360fi+ phase0） Sine Wave .vi应用举例例例6.6 利用利用Sine Wave.vi产生正弦波产生正弦波 前面板前面板程序框图程序框图 2. 均匀白噪声的生成例例6.7 利用利用Unifom White Noise.vi产生均匀产生均匀分布的白噪声。分布的白噪声。前面板前面板程序框图程序框图 3. 函数发

22、生器例例6.8 创建一个可以产生正弦波、三角波、方波和锯创建一个可以产生正弦波、三角波、方波和锯齿波的函数发生器。齿波的函数发生器。6.2.3 波形生成在波形生成子选板中的在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含所有函数不仅输出包含指定波形图形的数字型指定波形图形的数字型数组，而且包含时间参数组，而且包含时间参数，这种数据类型在数，这种数据类型在LabVIEWLabVIEW中称为波形数据中称为波形数据 波形生成函数的应用举例例例6.9 使用基本函数发生器创建函数发生器使用基本函数发生器创建函数发生器前面板前面板 程序框图程序框图 多频信号的产生与应用 n多频信号是指一个离散频率的正弦波集合，多

23、频信号是指一个离散频率的正弦波集合，其模拟信号数学表达式为：其模拟信号数学表达式为：ihiiiithAtX)sin()(式中，Ai：第i个正弦波的幅值 i：基频角频率 hi：第i个正弦波的角频倍数 i：第i个正弦波的初相角例6.10 多频信号发生器前面板前面板 程序框图程序框图 例6.11 信号合成信号合成的信号合成的前面板和程前面板和程序框图序框图6.3 信号的时域分析n时域分析时域分析是指在是指在时间域时间域内研究系统在一内研究系统在一定输入信号的作用下，其输出信号随时定输入信号的作用下，其输出信号随时间的变化情况。间的变化情况。n由于时域分析是直接在时间域中对系统由于时域分析是直接在时间

24、域中对系统进行分析的方法，所以时域分析具有直进行分析的方法，所以时域分析具有直观和准确的优点。观和准确的优点。6.3.1 卷积运算n卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求卷积是电路分析的一个重要概念。它可以求线性系统对任何激励信号的线性系统对任何激励信号的零状态响应零状态响应。卷卷积的物理概念及运算在测试信号处理中占有积的物理概念及运算在测试信号处理中占有重要地位。（重要地位。（反卷积反卷积）n对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为iikfifkfkfkf)(*)()(*)()(2121Convolution.vi(1) Direct(2) Frequen

25、cy domain例6.12 求卷积运算卷积运算的卷积运算的前面板和程前面板和程序框图序框图6.3.2 相关分析n所谓所谓“相关相关”是指变量之间的线性关系。是指变量之间的线性关系。n相关分析利用相关分析利用相关系数或相关函数相关系数或相关函数来描述两个信号来描述两个信号间的相互关系或其相似程度，还可以用来描述同一间的相互关系或其相似程度，还可以用来描述同一信号的现在值与过去值的关系，或者根据过去值、信号的现在值与过去值的关系，或者根据过去值、现在值来估计未来值。现在值来估计未来值。n相关函数的性质使它在工程应用中具有重要价值，相关函数的性质使它在工程应用中具有重要价值，尤其是尤其是互相关函数

26、的同频相关、不同频不相关的性互相关函数的同频相关、不同频不相关的性质质在噪声背景下提取有用信息提供了可靠的途径。在噪声背景下提取有用信息提供了可靠的途径。n相关函数的应用举例：地下输油管漏损位置的探测相关函数的应用举例：地下输油管漏损位置的探测 LabVIEW中的相关分析函数Auto Correlation.viCross Correlation.vi 10Nxxkj kkRjX X 10Nxykj kkRjX Y相关函数定义为 nxymnynxmR)()()(DirectFrequency domain例6.13 互相关运算前面板前面板程序框图程序框图 同频相关不同频不相关6.3.3 微积分

27、运算 在工程应用领域，经常要对整个过程进行测量和在工程应用领域，经常要对整个过程进行测量和控制，往往涉及到信号的采集，而采样获得是控制，往往涉及到信号的采集，而采样获得是离散的离散的数据数据，若要考虑整个过程的动态情况或者获得多个参，若要考虑整个过程的动态情况或者获得多个参数，就要用到数，就要用到数值积分数值积分和和数值微分数值微分运算。运算。应用举例：应用举例： 车速传感器制动踏板力传感器信号调理电路信号采集模块计算机 数值积分是用线性泛函 来逼近函数 的，一般常用插值型求积公式，以 为插值节点的的 Lagrange插值多项式 为其中， 为插值基函数，即则 ，且 只依赖于求积节点和积分区间，

28、而与求积函数 无关。 0njjjQ fAx f x If01,.,nx xx f x nLx 0nnjjjLxlx f x 0,nijiijjixxLxxx 0,1,.,bjaAl x dx jn jAx f x 数值微分，即求函数 的导数逼近，主要采用基于Taylor级数、Lagrange多项式插值和三次样条差值的求导公式。 LabVIEW中提供了求解积分和微分的函数。积分函数中可以指定采用数值积分的方法，有四种方法可供选择：梯形法则、Simpson法则、Simpson 3/8法则、Bode法则。如采用Simpson法则，求解公式为： 求导函数中可以指定4种方法，二阶中心，四阶中心、前向、后

29、向。如采用二阶中心， f x110146iijjjjyxxxdt1112iiiyxxdt例6.14 对方波信号进行微积分运算前面板前面板 对方波信号进行微积分运算程序框图程序框图 6.4 信号的频域分析n信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信号成信号的频谱代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，它能够提供比时域信号波形更直观、分的大小，它能够提供比时域信号波形更直观、更丰富的信息。更丰富的信息。nLabVIEWLabVIEW提供了丰富的频域分析函数，包括傅里提供了丰富的频域分析函数，包括傅里叶变换、叶变换、hilberthilbert变换、功率谱分析、谐波分析变换、功率谱分析、谐波分析等。等

30、。 6.4.1 快速傅立叶变换（FFT）n傅里叶变换是信号处理与数据处理中一个重要分析工傅里叶变换是信号处理与数据处理中一个重要分析工具，其意义在于将时域与频域信号联系起来，通过频具，其意义在于将时域与频域信号联系起来，通过频域分析将复杂的信号分解为各个单一的频率成分。域分析将复杂的信号分解为各个单一的频率成分。n讨论问题：讨论问题：（1）FFT点数点数（2）频域分辨率：）频域分辨率：（3）单边）单边FFT和双边和双边FFT（频率减半，幅度加倍）（频率减半，幅度加倍）FFT.visffN 例6.15 双边傅里叶变换前面板前面板程序框图程序框图Nffs频率间隔与采频率间隔与采样频率和采样样频率和

31、采样点数的关系点数的关系例6.16 单边傅里叶变换前面板前面板程序框图程序框图6.4.2 频谱分析n频谱分析频谱分析是指把时间域的各种动态信号通过是指把时间域的各种动态信号通过傅里叶变换转换到频率域进行分析。傅里叶变换转换到频率域进行分析。n频谱分析中应注意的问题频谱分析中应注意的问题（产生的原因和避免的方法）（产生的原因和避免的方法） （1 1）频谱混叠）频谱混叠 （2 2）泄漏效应和栅栏效应）泄漏效应和栅栏效应频谱分析前面板前面板程序框图程序框图 例例6.17 6.17 使用使用Amplitude and Phase Spectrum.viAmplitude and Phase Spect

32、rum.vi进进行频谱分析行频谱分析功率谱例例6.18 6.18 使用使用Auto Power Spectrum.viAuto Power Spectrum.vi进行自功率谱进行自功率谱分析分析前面板前面板程序框图程序框图6.4.3 频率响应分析n频率响应表述了一个测试系统输入和输出的频率响应表述了一个测试系统输入和输出的频域关系，它是描述测试系统频域动态特性频域关系，它是描述测试系统频域动态特性的重要关系。的重要关系。)()()(jXjYjH 常常用其模常常用其模 和相位角和相位角 来表示，称为测试系统的来表示，称为测试系统的幅频特性和相频特性。幅频特性和相频特性。 ()H j)(jA)(j

33、例6.19 求频率响应的幅频特性与相频特性前面板前面板程序框图程序框图6.4.4 谐波分析n谐波和基波是一个相对的概念，它是一个周期电气谐波和基波是一个相对的概念，它是一个周期电气量中的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，量中的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍，由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称为由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称为高高次谐波次谐波。在频域分析中以电压为例，将畸变的周期。在频域分析中以电压为例，将畸变的周期性电压分解成傅里叶级数性电压分解成傅里叶级数1( )2sin()nMnnu tn tU畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度用畸变波形因谐波引起的偏离正弦波

34、形的程度用总谐波畸变量总谐波畸变量THDTHD（Total Harmonic DistortionTotal Harmonic Distortion）表示表示 222223311()()()()nnAfAfAfTHDA f2nnUA例6.20 谐波分析前面板前面板程序框图程序框图 6.5 数字滤波器n数字滤波器数字滤波器即是以数值计算的方法来实现对即是以数值计算的方法来实现对离散化信号的处理，以减少干扰信号在有用离散化信号的处理，以减少干扰信号在有用信号中所占的比例，从而改变信号的质量，信号中所占的比例，从而改变信号的质量，达到滤波或加工信号的目的。达到滤波或加工信号的目的。 n数字滤波器分为

35、数字滤波器分为 无限冲激响应滤波器无限冲激响应滤波器IIRIIR 有限冲激响应滤波器有限冲激响应滤波器FIRFIR 特点：精度高、稳定性好、灵活性强、处理功特点：精度高、稳定性好、灵活性强、处理功 能强能强 调用数字滤波器子程序应注意的问题n滤波器类型选择滤波器类型选择: :在低通、高通、带通或带阻滤波在低通、高通、带通或带阻滤波器中选择一个类型。器中选择一个类型。 n截止频率确定截止频率确定: :对低通对低通 只需确定上截止频率，高通只需确定上截止频率，高通滤波器只需确定下截止频率，对带通及带阻滤波器滤波器只需确定下截止频率，对带通及带阻滤波器应确定上、下限截止频率。应确定上、下限截止频率。

36、 n采样频率设定采样频率设定n滤波器的阶数滤波器的阶数: :滤波器阶数越高，其幅频特性曲线滤波器阶数越高，其幅频特性曲线过渡带衰减越快过渡带衰减越快 n纹波幅度纹波幅度 窗函数LabVIEW8.2LabVIEW8.2在在【窗窗】子选板中提供了子选板中提供了2020种窗函数，包括矩种窗函数，包括矩形窗、汉宁窗、海形窗、汉宁窗、海明窗等明窗等数字滤波器应用举例例例6.21 使用巴特沃斯滤波器提出正弦信号使用巴特沃斯滤波器提出正弦信号前面板前面板数字滤波器应用举例程序框图程序框图 例6.22 信号分离前面板前面板程序框图程序框图 6.6 曲线拟合n概述概述 相关物理量近似函数表达式描述相关物理量近似

37、函数表达式描述 y = f(x，a，b，) 曲线拟合的目的：是找出一系列参数的最佳估值，通过这曲线拟合的目的：是找出一系列参数的最佳估值，通过这些最佳参数，可使拟合曲线与实际数据之间的误差为最小。些最佳参数，可使拟合曲线与实际数据之间的误差为最小。 曲线拟合的算法称为最小平方法。误差被定义为：曲线拟合的算法称为最小平方法。误差被定义为： e(a)=f(x,a)-y(x)2 令令 a=a0 ,a1 y(x)是实测数据，是实测数据，f(x，a)是由一组实验数据估计出来的回是由一组实验数据估计出来的回归方程式，归方程式，a 是使误差平方和为最小的最佳系数或参数。是使误差平方和为最小的最佳系数或参数。

38、 离散系统离散系统 ： f表示拟合数据，表示拟合数据，y表示实测数据，表示实测数据，n表示采样点数。表示采样点数。 6.6.1 LabVIEW的曲线拟合函数的曲线拟合函数 6.6.2 曲线拟合举例 例例6.23 线性拟合线性拟合 线性拟合算法公式线性拟合算法公式 xaay10a0a0是截距，是截距，a1a1是斜率是斜率 例6.24 多项式拟合n要求使用要求使用General Polynomial Fit.viGeneral Polynomial Fit.vi对热电偶测对热电偶测温系统测得的一组实验数据进行多项式拟合，计算温系统测得的一组实验数据进行多项式拟合，计算出多项式拟合曲线的系数和对应于

39、输入温度值的拟出多项式拟合曲线的系数和对应于输入温度值的拟合值。合值。n热电偶测温系统的实验数据如下：热电偶测温系统的实验数据如下：n输入温度（输入温度（C C）：）：0 0，5050，100100，150150，200200，250250，300300，350350，400400，450450，500500，550550，600600，650650，700700，750750，800800。n热电势（热电势（mV）：）：0.00，3.35，6.96，10.69，14.66，18.76，22.90，27.15，31.48，35.81，40.15，44.05，49.01，53.39，57.74，62.06，66.36。 多项式拟合VI的前面板和程序框图选择拟合阶数为选择拟合阶数为2 2，多项式关系，多项式关系为为2210ixaixaaiy本章结束本章结束Thank You !