第3节虚拟仪器的测试信号分析.ppt

《虚拟仪器》－ 3 3.5 数字滤波器在虚拟仪器中的应用及其软件实现 滤波器分类 3.5.1调用数字滤波器子程序的几个问题 在调用数字滤波器程序时，需要注意以下几个问题： 1. 调用时的参数设置 2．滤波过程的响应时间 3. A/D前的抗混滤波器 调用时的参数设置 1) 滤波器类型选择 2) 截止频率确定 3) 采样频率设定 4) 滤波器的阶数 5) 纹波幅度 2．滤波过程的响应时间 输入信号经过数字滤波器，相当于输入信号和数字滤波器的单位抽样响应进行卷积运算，从运算的时间零点到获得正确的滤波结果，中间会有一个过渡过程，需要一定的响应时间。 在后续处理时应该忽略这一段开始的滤波结果。 3. A/D前的抗混滤波器 A/D转换获得数字信号时，若采样频率未满足采样定理，会产生频域混叠，这时信号中频率大于1/2采样频率的高频成分已经混进数字信号的低频段。 数字滤波器是不可能将这些混在一起的频率成分再分离的，因此数字滤波并不能完全取代A/D转换之前的模拟抗混滤波。 3.5.2在LabVIEW中应用滤波器 LabVIEW中提供了许多现成的滤波器VI，分成了Express VI、波形VI和基本功能VI 3个层次。 1. Express VI中的滤波器针对所有类型的滤波器的选项； 2. 波形VI分成了IIR滤波器和FIR滤波器两个VI； 3. 在基本功能VI的子模板中，根据滤波器的最佳逼近特性提供了多个比较丰富的滤波器VI。 1．Express VI中的滤波器VI Express VI中的滤波器VI (Filter. Vi )处于Functions →Signal Analysis子模板中，其参数设置框图如图3-36所示。 Filter的参数设置 （1）滤波器参数设置 首先选择滤波器类型，有低通、高通、带通、带阻和平滑滤波器(Smoothing)的选项5种， 选择前面4种时，需设置滤波器的上和(或)下截止频率，有限冲击响应滤波器的序列长度，无限冲击响应滤波器的最佳逼近函数和阶次, 最佳逼近函数有巴特沃兹、切比雪夫、反切比雪夫、贝塞尔和椭圆滤波器5个选项。 若滤波器类型选择平滑滤波器，需要设置的参数则是移动平均的窗函数选择和移动平均的半长度设定、指数窗平均的时间常数。 平滑滤波器主要作用：对信号进行局部平均，消除周期性噪声或白噪声。 3-37中的输入信号预览窗口和输出信号预览窗口显示了利用三角窗进行白噪声移动平均的效果。 （2）预览模式设定和预览窗口显示 当预览模式选定为观察信号时，两个预览窗口分别显示滤波输入和输出信号的时域波形； 当预览模式选定为观察频谱时，两个预览窗口分别显示滤波输入和输出信号的频谱图； 当预览模式选定为观察频率响应函数时，两个预览窗口分别显示滤波器频率响应函数的幅值特性和相位特性曲线。 例：在LabVIEW中用Filter．vi进行滤波。 如图3-38所示为一个检测三角波基频信号的测试VI (Express Filter．vi)的前后面板。 根据信号的基本知识，三角波由奇次倍频的谐波组成，经过上面滤波器后，只有基波(20Hz)的信号成分保留下来。 原始三角波信号和检测出来的基波信号相位不一致，是因为信号经过滤波器有一个时间延迟。 2. 波形Ⅵ中的滤波器VI 波形VI中的滤波器VI处于All Functions →Analyze → Waveform Conditioning中，共有数字IIR滤波器和数字FIR滤波器两个VI (Digital IIR filter .vi和Digital FIR filter .vi )。 参数设定方式： Express滤波器VI使用对话框； 波形VI使用传统的端口方式 波形滤波器Ⅵ和Express滤波器VI的重要区别： Express滤波器VI只能是一个滤波器对一个输入信号进行滤波处理， 波形滤波器VI可以扩展至多个不同特性的滤波器对多个不同的信号进行处理。 例：应用波形滤波器VI进行多通道信号多种参数滤波。Waveform Filter .vi。 两路输入信号是频率为20Hz的三角波和频率为10Hz的方波，幅值都为1，初始相位都为0。 图3-39 b) Waveform Filter．vi的前面板 图3-39 b) Waveform Filter．vi的后面板 3. 基本功能Ⅵ中的滤波器VI 基本功能VI中的滤波器Ⅵ的到达途径是All Functions →Analyze → Signal Processing →