基于LABVIEW和USB6008传感器测试系统的数据采集处理

1、 大学本科生毕业论文1目录目录摘要摘要 .3第一章第一章 绪论绪论 .51.11.1 研究目的与意义研究目的与意义 .51.1.1 研究目的.51.1.2 研究意义.51.21.2 传感器实验仪的计算机测试技术发展现状传感器实验仪的计算机测试技术发展现状.61.2.1 计算机辅助测 SIC( CAT)技术现状.61.2.2 虚拟仪器总线现状.61.2.3 传感器的测试系统现状传感器的测试系统现状.71.31.3 本课题系统总体方案、目标及任务本课题系统总体方案、目标及任务 .71.41.4 数据采集系统的概述数据采集系统的概述.81.4.1 性能指标.81.4.2 信号输入方式.91.4.3

2、数据采集模块.10第二章第二章 静态测试系统设计静态测试系统设计 .112.12.1 静态采集设计静态采集设计.112.1.1 开关机械动作的介绍.122.22.2 数据存储数据存储.132.32.3 数据处理数据处理.142.3.1 数据处理简介.152.3.1.1 灵敏度.152.3.1.2 滞后度.162.3.1.3 线性度与线性误差.162.3.1.4 回程误差.172.3.2 数据的标定 .18第三章第三章 动态测试系统设计动态测试系统设计 .193.13.1 时域特性分析实验时域特性分析实验.193.2 频域分析频域分析.213.33.3 频谱分析及数据分析频谱分析及数据分析.23

3、3.3.1 频谱分析.233.3.2 频谱分析数据处理.24第四章第四章 系统性能分析系统性能分析 .26 大学本科生毕业论文24.14.1 模块介绍模块介绍.264.1.1 差动放大器.264.1.2 相敏检波.274.1.3 移相器.274.2分析步骤及结果分析步骤及结果.28第五章第五章 总结与建议总结与建议 .315.15.1 总结总结.315.2 建议建议 .31参考文献参考文献 .32致致 谢谢 .33附录附录 .34 大学本科生毕业论文3摘要摘要实验在普通高等教育中占有非常重要的地位，它是对学生进行素质教育的一个重要环节。目前在中国许多高等院校中使用的教学实验仪器仍大多为相当落后

4、的传统仪器。基于计算机技术的虚拟实验可以解决这些问题，节约大量的教育经费，改革实验教学方法，更新实验教学内容，提高实验教学课程的开设水平。它在教育、科研等领域中具有广阔的应用前景。本文以labview为实验平台设计了程序功能模板，实现了传感器系列实验的数据采集处理。该系统不仅功能模块多，而且易于调试、维护和扩展。在本系统基础上，学生也可以开发自己的实验，按照自己的思路做实验，然后在软件面板上调用相应的软件模块即可。给学生创造一个良好的学习环境。论文的内容主要包括：1. 基于数据采集卡USB6008，对gsy-998传感器试验仪进行的一系列试验能够进行动态和静态的数据采集储存及后续处理。2. 设

5、计了标定程序，该程序不仅具有通用性，而且具有良好的可扩展性和交互性。通过USB总线，把采集到的数据送入标定程序以后，该程序可以完成对常见的系统静态标定，并能把结果进行显示。3. 利用LabVIEW为“测试技术类实验”设计了几个典型的实验频谱分析实验、 应变片的静态单桥、半臂、全桥试验，进行了差动变压器的动态系统分析试验。关键词：虚拟仪器，DAQ usb6008，教学实验，静态标定，频谱分析 大学本科生毕业论文4第一章第一章 绪论绪论1.11.1 研究目的与意义研究目的与意义1.1.11.1.1 研究目的研究目的检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。而传感器是科学实验和工业生

6、产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要手段。将两者结合，传感器与检测技术是一门随着现代科学技术发展而迅猛发展的综合性技术学科，重要性不言而喻。1在高校教学中，对传感器检测技术实验的传统的教学方法是让学生在教师的指导下进行实际操作，随之而来的问题是教师的工作量很大并且很难对所有学生进行指导，既影响教学效果又容易加剧仪器的损耗。有些场合，希望在某点测得多个参数，并且测量能够将不同参数的电信号同时处理和记录，也就是要求测试系统的多参数测量和多功能化。经过几十年的发展，计算机辅助测试系统已经发展到了计算机直接参与测试信号的产生和测量特性的解析的计算机辅助测试系统阶段。但是由于检测技术实验

7、教学方面的CAI软件还很少，而且功能不强，交互性，可操作性和界面的真实程度较差，适应范围窄，在一定程度上限制了教师和同学的积极性。计算机辅助测试的发展为虚拟仪器技术的产生和发展奠定了基础，虚拟仪器的出现可以较好的解决上述问题，虚拟仪器是基于计算机的仪器，计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向，因而在传感器实验仪上增设计算机辅助测试实验内容也成为一种发展趋势。本课题研究目的就是对实验室应用较多的传感器测试系统的数据采集处理，运用了当下流行的虚拟仪器软件labview和数据采集卡usb6008。1.1.21.1.2 研究意义研究意义首先，大大节约了仪器成本，通过对控件的选择在一台计算机

8、上就可以实现诸如示波器、 函数发生器、电压表、频谱分析仪等多种仪器的功能。其次，传统仪器维修费用高，需要耗费大量的时间以及人力和物力。虚拟仪器基于软件的体系结构大大节省了开发和维护费用。 大学本科生毕业论文5再者，在教学应用方面，通过对子vi的编程，让学生可以在拥有对labviwe基本的了解之后，就可以自由添加模块甚至是编程，在对数据的处理和实验的认识方面有很大的帮助。1.21.2 传感器实验仪的计算机测试技术发展现状传感器实验仪的计算机测试技术发展现状1.2.11.2.1 计算机辅助测计算机辅助测 SIC(SIC( CAT)CAT)技术现状技术现状计算机辅助测就是借助计算机技术来进行在线测量

9、的计算机自动测试技术。它利用虑拟仪器组成测试系统仪器，其功能是靠测量软件来实现的2。虚拟仪器的软件开发平台很多，主要厂家有 HP 公司、NI 公司、Agilent 公司和Tekronix 公司等。其中最早和最具影响的虚拟仪器开发公司莫过于 NI 公司(美国国家仪器公司)其公司开发的 LABVIEW 在运用上存在很大优势，特别是其可视化的编程方式。 。此外为扩大虚拟仪器的功能，各种软件建立了数据处理的高级分析库和开发工具库(例如测量结果的谱分析、快速傅立叶变换、各种数字滤波器、卷积处理和相关函数处理，微积分、峰值和阔值检队波形发生、噪声发生、回归分析、数值运算、时域和频域分析等)，使虚拟仪器发展

10、成为可以组建极为复杂自动测试系统的仪器系统。111.2.21.2.2 虚拟仪器总线现状虚拟仪器总线现状80 年代以来，NI 公司研制和推出了许多总线系统的虚拟式仪器。此后，美国的 HP 公司等也相继推出了许多此类仪器，并在短短的 10 余年便占有了世界仪器、仪器市场的 10%左右。据“世界仪表及自动化”杂志预测，21 世纪初叶，世界虚拟仪器的生产厂家将超过千家，其品种将达到数千种，市场占有率将达 50%左右。3当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括传统的 RS232 串行总线、GP-IB 通用接口总线、VXI 总线，以及已经被 PC 机广泛采用的 USB 通用串行总线和IEEE 1394 总线(

11、即 Firewire,也叫做火线)。世界各国的公司，特别是美国 NI 公司，为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件(插件)，可以灵活地组建不同复杂程度的虚拟仪器自动测试系统。 大学本科生毕业论文6RS232 总线是 PC 机早期采用的通用串行总线，至今仍然适用于要求较低的虚拟仪器或测试系统。GP-IB 仪器总线已经风行多年，由于它只是 8 位并行仪器总线，传输速率和传输距离有限，己经跟不上当今大规模自动测试系统的需求。但是，采用 GP-IB 总线的仪器或插件，仍然大量存在，一直在应用，因此GP-IB 总线仍然是组建中等水平自动测试系统所欢迎的总线。VXI 总

12、线是在 Vb总线的基础上发展起来的仪器总线，成为当今国际上测量仪器总线的主体。它可以满足当代科学技术发展的测试要求，成为世界各国开发虚拟仪器最重视的开发对象。6，7，8，9.10 对于在计算机内加装插件卡的虚拟仪器系统，其优势在于它的价位普遍较低，因而得到很多用户的注意。但是也确实存在不少问题，如需要开机箱换卡，移动困难，独立性差;箱内结构及后面板出线容易引起干扰;台式 PC 机内部总线升级过快，难以稳定标准;笔记本 PC 机空间环境更差。因此，人们一直希望找到一种更适于虚拟仪器系统使用的接口总线。现在可以说，USB 就很理想。1.2.3 传感器的测试系统现状传感器的测试系统现状现在有很多的测

13、试系统的研究方案，如薄膜热电偶动态特性标定技术4加速度传感器动态特性虚拟标定系统5等。这些传感器性能的测试系统都是具体单一的测试系统，在实际工程中传感器的种类千差万别，但所研究的根本内容无非是动态和静态测定。因此开发通用的传感器仪器有很大的实践意义。现行的传感仪器测试方法也很多.如运用单纯形优化法(Simplex Optimization Method)中的目标函数(cost function.在实际应用中.噪声总是不可避免的.相对于其他优化法.单纯形优化法受噪声影响不大.因为它不须求导.它适合于不规则空间.迂回向最优逼近。所以它不容易陷入局部最小值。12.13.14。其实最常用的还是二阶系统

14、动态特性的时频测试，通过基于二阶系统传递函数和频率特性以及时频域性能指标编程算式分析，对动态性能进行分析15。1.31.3 本课题本课题系统总体方案、目标及任务系统总体方案、目标及任务本论文的主要是对软件部分的设计。通过 usb6008 采集数据，运用 大学本科生毕业论文7labview 进行编程实现了对静态数据的单点采集及储存，同时进行了对灵敏度、线性度、滞后度等的基本后续数据的处理运算。在对动态测试系统的设计中，进行了频域分析和时域分析，同时对频谱分析的结果进行了相应的处理。在对传感器试验仪器 csy-998 仪器的性能分析中，通过对频谱分析后的动态数据的处理，通过双通道采集分析进行了对差

15、动放大器相敏检波器等试验模块性能的分析。 1.41.4 数据采集系统的概述数据采集系统的概述 数据采集系统是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展和普及，数据采集技术的发展前景广阔。数据采集就是将被测对象（外部世界或现场）的各种参量（可以是物理量也，可以是化学量、生物量等）通过各种传感组件作合适转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理和存储记录的过程40-45。本课题采用美国国家仪器公司（NI）的数据采集卡USB6008

16、。 下面是其简介。1.4.11.4.1 性能指标性能指标 本论文所采用的NI公司数据采集USB6008型数据采集卡是基于USB总线的12位多功能数据采集卡，最高采样率为10KS/s,具有8 个单端模拟输入（或查分模拟输入） ，12个数字输入/输出，2 个模拟输出，分辨率：12bit；精度：优于0.05%(满量程)。带有程控放大器(1、2、4、8、16倍)，方便测量小信号。任意设定采样信道数，多信道自动扫描采集，可实现多通道准同步采集16KB先进先出(FIFO)缓冲存储器，可实现自动数据块采集。软件或定时器触发采样，可任意设定采样频率。此外，USB6008还具有USB总线即插即用，支持热插拔。输

17、入信号极性有单、双两种：单极性：信号幅度为O-A极性：信号幅度为-A一A，A为信号最大值。根据信号输入方式和极性的不同，信号输入范围也不同：例如，对单极性输入，典型输入范围是：-10V；对双极性输入，典型值为-5一 大学本科生毕业论文8+5V。1.4.21.4.2 信号输入方式信号输入方式USB数据采集卡最多有16个模拟输入端口，可同时对多路模拟输入信号进行采集。多路开关依次分时接通各输入信号，被选择的输入信号经放大后，由A/D转换器转换成数字信号，并存入采集卡的缓冲存贮器之中。模拟信号输入采集有两种方式:差分输入和单端输入，如图3-3所示模拟输入通道入入入入入2入入入入入123647VCC入

18、入0-入入1-入入2-入入3-入入4-入入5-入入6-入入7-入入0+入入1+入入2+入入3+入入4+入入5+入入6+入入7+入入入入入图1-1 差分测试系统通道 0+通道 1+通道 2+通道 7+模拟输入地+-仪器放大仪Vm 大学本科生毕业论文9图1-2 单边测试系统在差分输入方式中，输入信号的两个端子均与“地”无关，信号存在于两个端子之间，并从这两个端子输入多路开关，放大器的输出信号从运放的输出端与“地”之间引出。单端输入方式的输入信号存在于一个输入端子与“地”之间，并从这个输入端子输入运放，放大器的输出信号端子与差分输入方式的相同。显然，对同一数据采集器，单端输入方式允许的输入模拟信号路

19、数比差分输入方式的多一倍。采用单端输入还是差分输入方式、由哪些端子输入信号等都由软件设定，应根据具体的应用条件选择。1.4.31.4.3 数据采集模块数据采集模块 数据采集模块是虚拟软件的核心，主要完成数据采集的控制、包括触发控制、通道控制、时基控制等。触发控制包括触发模式、触发斜坡和触发电平控制。信道控制主要控制单信道或双信道测量。 时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。在LabVIEW环境下控制的DAQ卡完成特定的功能都离不开DAQ驱动程序的支持，数据采集过程数据采集模块的目的是完成数据的采集。预备工作主要包括数据采集卡的安装（USB 热插拔） ，数据采集卡的自测试，等

20、到计算机能够辨识后，再编程。在编程过程中设置几个子程序：创建虚拟通道子VI，创建虚拟通道并在其对话框里选择模拟输入电压；采样时钟子VI，在这个程序中需要设置采样频率、输出电压的最大最小值（USB采集卡的最大范围是10V） 、采样模式是有限点采集；启动采集子程序子VI，主要作用是启动数据采集子VI，并使数据采集子VI开始采集；采集子程序子VI ，需要在数据采集的对话框中选择单点采集，完成数据采集，由于要进行滞后度分析，因此要分别进行进回程数据采集；数据采集完成调用清除子VI清除任务。物理通道设计采样率，采样通道, 采样数设 置启动模块将数据从缓存中读入存储 器清除缓冲,删除相关设备,结束采 集

21、大学本科生毕业论文10图1-3 数据采集流程图 图 1-4 数据采集程序第二章第二章 静态测试系统设计静态测试系统设计 大学本科生毕业论文112.12.1 静态采集设计静态采集设计 我们对csy-998传感器测试系统进行的应变片半桥静态试验进行静态采集及数据处理，针对本实验对usb-6008数据采集卡的设置如下表所示：名称具体设置名称具体设置Type :模拟输入Max Input Limit5VChannel Name:0 通道Min Input Limit-5VMode:有限点采集Rate(Hz)1000Input Configuration 差分Samples To Read1000 表2

22、-1 数据采集卡参数设置 2.1.12.1.1 开关机械动作的介绍开关机械动作的介绍 对机械动作属性的设置的调用图如图2-1，机械动作 (Mechinical action)分为六种情况：1.单击时转换；2.释放时转换；3.保持转换直到释放；4.单击时触发；5.释放时触发；6.保持触发直到释放。在选择机械动作时，一开始没有经过细致考虑选择了单击时转换，结果在每次采集时，采集到的是1000个数据点而不是单点采集，最后选择了第五个-释放时触发，使在每次点击采集时只采集一组数据，如图2-2，利用一个for循环，在内部运用bundle将每次的位移量与采集到的数据绑定形成一组数据，完成了对数据的采集。

23、大学本科生毕业论文12 图2-1 开关机械动作 图图2-2 静态数据采集及储存静态数据采集及储存 2.22.2 数据存储数据存储 在普通情况下，数据显示器每次只能显示一个数据，当显示下一个数据时，就会把前一个数据覆盖，使得前一个数据丢失，最后的解决方法是通过case语 大学本科生毕业论文13句，用Stop Button控制采集进行与否，同时开关的机械状态进行了调整，具体的六种模式2.1有详细介绍，我们将stop控件的机械状态选择了Latch When Released(释放时候采集)做到了每次采集只采集一组数据，在储存时我们运用了write to spreadsheet file.vi模块，本

24、程序采用windows系统常用的电子表格文件格式，将采集到的数据用电子表格的方式进行储存，方便以后调用，这样还可以方便操作者更加直观的读取数据。具体程序框图如图2-2.2.32.3 数据处理数据处理以下是以GSY-998仪器作为传感器实验仪器，对应变片半桥静态试验采集来数据的储存及后续处理。其相应的采集到的数据及实验处理后的相应数据及图像如下表：位移0(mm）123456789进程电压0（v）0.0420.080.1210.1590.1980.2360.2740.3140.358位移9(mm)876543210回程 电压0.318(v)0.2760.2420.240.1980.1570.120

25、.0810.0440.01 表2-1 半桥静态试验数据 大学本科生毕业论文14图图2-3 半桥静态试验结果半桥静态试验结果2.3.12.3.1 数据处理简介数据处理简介2.3.1.12.3.1.1 灵敏度灵敏度 灵敏度是测试系统输出的变化量对输入的变化量的比值。一般用拟yx合直线的斜率作为该装置的灵敏度。Linear Fitting 函数输出量中的 Slope 参数就是此值。程序框图如下 2-4。%100 xyxy灵敏度图灵敏度程序 大学本科生毕业论文152.3.1.22.3.1.2 滞后度滞后度滞后度也称为回程误差。它反映实际测试系统当输入量由小增大(进程) 和由大减小（回程）时，对于同一个

26、输入值 x ，将得到不同大小的输出 Y, Yifi并将其相减求出最大值如公式所示：ib %100A )Ymax(ifibY滞后度2.3.1.32.3.1.3 线性度与线性误差线性度与线性误差确定拟合直线的方法有多种。其中最小二乘法拟合直线精度很高，它的基本含义是校准直线上各数据点与拟合直线之间的残差平方和最小。niiB12Labview 的 Analyze Mhematics Curve Fitting 函数子模板中的 Linear Fitting 函数就是用最小二乘法拟合直线。所用的原理是：线性度可以用校准曲线与拟合曲线的最大偏差来表示。也可用相对误差来表示，即 （i=1,2,3,4.）%1

27、00)Ymax(i满量程线性误差iY 大学本科生毕业论文16式中 A 为测量系统的满量程输出范围。具体实现方法：实现原始数据和拟合直线：将记录模块存储的数据通过读电子表格将 X 、Y 数据读出来进行拟合 Y，经过绑定子程序把关于 X 的Y、Y进行绑定，形成以 X 为横坐标 Y、Y为纵坐标的二维显示器，显示原始数据和拟合后的直线。显示线性误差：取对于每一个 x 值对应的 Y、Y相减，并取差绝对值最大值；通过数组最大最小子 VI 分别将 Y、Y对应的maxminx、x求出，并相减而得到差的绝对值即为满量程。两者相除得到线性误差。maxmin图线性度图线性误差2.3.1.42.3.1.4 回程误差回

28、程误差. . 大学本科生毕业论文17回程误差设计中，运用了进程值与回程值，首先将回程值运用重排列然后与进程值相减求绝对值，找出最大的进回程差，然后与满量程值想除求出回程误差图回程误差程序 2.3.22.3.2 数据的标定数据的标定随时间和周围环境的变化，传感器的参数也会有所变化，需要对其进行定期标定。传感器比较多，如果对每一个传感器都编程序标定，是件费时费力的事情，针对此原因，本文编制了传感器标定程序。依据的原理是：传感器的两个元素非电量和电量，以非电量作为自变量，数据采集卡采集的电量作为变量，经由线性拟合完成标定。传感器标定包括的标定：一是现场采集数据进行标定；二是调用已经采集的的数据直接进

29、行测试。前一种方式是先进行数据采集，然后再拟合处理；后一种方式是不进行采集而是调用以前采集的数据直接进行拟合。此模块是将记录的数据进行分析获得传感器的静态参数（描述测量系统静态特性的主要指标有线性度、滞后性、灵敏度等） 。实现原始数据和拟合曲线：将记录模块存储的数据通过读电子表格将X 、Y数据读出来进行拟合Y，经过绑定子程序把关于X 的Y、Y进行绑定，形成以X为横坐标Y、Y为纵坐标的二维显示器，显示原始数据和拟合后的线。显示误差：取对于每一个x值对应的Y、Y相减，并取差绝对值最大值；通过数组最大最小子VI 分别将Y、Y对应的x、x求出。并相减而maxminmaxmin 大学本科生毕业论文18得

30、到差的绝对值即为满量，两者相除得到误差。标定程序如下图： 图2-8 数据的静态标定第三章第三章 动态测试系统设计动态测试系统设计现代测试系统是以计算机为核心的测试系统。它是目前广泛应用于各个领域、部门进行科学试验与工程实践的基本测试手段。在LabVIEW这个高效的虚拟仪器开发平台上，学生自己可以利用图形化的语言开发出各种仪器，综合应用所学的各科知识，完成测试实验。利用它可实现传统观念上“贵族式仪器”（相关分析仪、频谱仪、数字滤波器）难以实现的功能。教师和同学摆脱了功能单一，固定的现成仪器的束缚， 可以充分发挥自己的积极性和创造性， 由于利于培养学生的创造思维和工程实践能力。 这样做还能够充分利

31、用现有资源， 降低实验成本，有利于实验设备更新。3.13.1 时域特性分析实验时域特性分析实验时域分析：信号的时域描述直观地反映出信号瞬时值随时间变化的情况。这里主要是对周期信号的时域特征。峰值，值，max)(txxpdttxuTTx01)(均方值，试验调用模块及程序如图3-1，相应的求取值如图3-2dttxPTTav021)( 大学本科生毕业论文19图3-1 时域分析程序图图图3-2 时域分析前面板时域分析前面板 大学本科生毕业论文203.2 频域分析频域分析在测试领域中，频谱分析是信号处理中的一个非常重要的分析手段，频谱分析仪是中重要的常用仪器。 但是传统频谱分析仪的加工工艺复杂，价格昂贵

32、，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。 随着电子技术的发展和PC技术的广泛应用，计算机技术和传统测试技术相结合形成了虚拟仪器后，同样可以使用软件实现频谱分析仪。利用虚拟仪器技术的灵活性，图3-3 信号的时域、频域描述Fig. 3-3 Singnal time domain&frequency domain description 信号的频域描述是以频率f(或者= 2pf )为横坐标变量来描述信号幅值、相位的变化规律。以频率为横坐标，以幅值为纵坐标，按幅频关系曲线描绘出的图形称为信号的幅值频谱，简称幅值谱。以频率为横坐标，以相位为纵坐标，按相频的关系曲线绘出的图形称为周期信号的相位频谱图

33、，简称相位谱。幅值频谱、相位频谱统称频谱。对信号进行数学变换，获得频谱的过程称为信号的的频谱分析。信号的频域分析或者说频谱分析，是研究信号的频率结构，即求取其分量的幅值、相位按频率的分布规律，并建立以频率为横轴的各种“谱”。信号的时域与频域描述可理解为从不同的“角度”来观察同一信号。信号的时域描述直观地反映出信号瞬时值随时间变化的情况：频域描述则反映信号的频率组成及其幅值、相角的大小。这如同观察同一对象，所处的角度不同， 频率响应函数是系统输出与输入的傅立叶变换之比： （1）)()()(XYjH将上式乘以 的共轭复数可以得到：(X 大学本科生毕业论文21 （2）)()()()()(XXYXjH

34、上式中=SXY为互功率谱密度函数。)()(YXLabVIEW的Amplitude and Phase Spectrum.vi计算频率响应函数。频率响应函数是复数，所以它返回两个参数，一个数组是频率响应函数的模frequency Response Mag，即被测系统的幅频特性；另一个是频率响应的幅角frequency Response Phase，即被测系统的相频特性。16图3-43-4 锯齿波的频率相应 大学本科生毕业论文22图3-53-5 锯齿波的频域分析程序图 3.33.3 频谱分析及数据分析频谱分析及数据分析3.3.13.3.1 频谱分析频谱分析除了采用 labview 自带的频谱分析模

35、块，我们也可以经过我们对频谱分析的理解进行编程来进行分析，除了频谱分析，对后续结果的处理也是很重要的一步，其频谱分析程序图如图 3-6 大学本科生毕业论文23图 3-6 频谱分析及数据储存我们通过对动态采集的数据运用 get waveform components，经过 array size 得到数据个数与经过傅里叶转换得到的数据相处再经过 bundle 绑定成波形显示，实现频谱分析。3.3.23.3.2 频谱分析数据处理频谱分析数据处理在对频谱分析的数据处理中，我以 xpf-4 型谐波分析产生的锯齿波作为分析对象，通过编程读出并记录了除基波以外的各次谐波的频率及相位值。在实际应用中，我们可以

36、通过类比，把基波作为对我们有用的信号，而其他被检测到的都作为噪声波。通过这套系统，我们可以顺利找出在声波的频率相位，从而将其过滤掉。具体的程序图如图 3-7、3-8。 大学本科生毕业论文24图 3-7 频谱分析前面板图3-8 频谱分析后面板通过程序我们可以看到，我们通过一个for循环，用采集到的数据的个数作为循环次数，在for循环里嵌套了一个case结构，用采集到的数据与我们想要过滤的数值比较作为控制记录与否，通过一个变量，我们可以控制想要采集到的 大学本科生毕业论文25数据的范围。在程序编程过程中开始想到的是利用index array 索引数据来读取每一个数据与想要的范围值作比较，但是这样就

37、难以求出所求数据的频率值，后来又想用delete from array从数组中删除元素，应用了其length的特点，当读取的数据大于所设定的数值时，就使其为0从而不删除反之为1将其删除，但是同样在对频率的求取上出现了问题。最后采用了case语句结构，运用bundle将频率值与相位值绑定成数组。在文件的储存出现了问题，LABVIEW支持3种格式用于文件的输入和输出，即文本文件、二进制文件、和数据记录文件。其中，电子表格文件是一种特殊类型的文本文件；数据记录文件中又包含一种被称为波形文件的文件格式。在本程序设计中，选择了Write LABVIEW Measurement File Express

38、VI与Read LABVIEW Measurement File Express VI,进行对采集来的频谱分析数据进行储存于读取，这样可以使程序简单明了，在最后对分析来的结果进行储存的时候采用了excel表格进行储存，这样可以用excel软件直接读取，对以后的取用查看也方便了许多。第四章第四章 系统性能分析系统性能分析4.14.1 模块介绍模块介绍在针对基于 gsy-998 传感器系统实验仪进行的传感器试验中，进行了应变片特性虚拟实验程序设计，完成电桥特性虚拟实验程序设计，在第二章静态测试系统设计中，我们以应变片半桥静态试验为例进行了演示，动态测试我们以差动变压器测试电路动态特性虚拟试验为例进

39、行设计分析。在试验中用到了差动放大器、相敏检波、移相器和滤波器模块其基本介绍如下：4.1.14.1.1 差动放大器差动放大器 差动放大的意思就是说运放放大的是负输入和正输入端两者的差模信号，也就是两者之差，为了抑制信号的共模放大和温度漂移，在程序设计中我们运用双通道采集 17 大学本科生毕业论文264.1.24.1.2 相敏检波相敏检波相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点 为除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率

40、。 相敏检波电路有两个特性：选频特性，它是指对不同频率的输入信号有不同的传递特性。以参考信号为基波，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。对于 n=1,3,5 等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的 1/ n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。鉴相特性，它是指如果输入信号 us 为与参考信号 uc(或 Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压 uo=Usm/2cos，即输出信号随相位差的余弦而变化。由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值

41、 。对其输入输出波形的频谱分析程序图如图：从分析结果可以看出，在本实验中， 整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。174.1.34.1.3 移相器移相器顾名思义，移相器的作用是将信号的相位移动一个角度。移相器指的是能够对波的相位进行调整的一种装置。任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移，这是早期模拟移相器的原理；现代电子技术发展后利用 A/D、D/A 转换实现了数字移相，顾名思义，它是一种不连续的移相技术，但特点是移相精度高。移相器在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。 大学本科生毕业论文27在 R-C 串联电

42、路中，若输入电压是正弦波，则电路中各处的电压、电流都是正弦波。从相量图可以看出，输出电压相位引前输入电压相位一个 角，如果输入电压大小不变，则当改变电源频率 f 或电路参数 R 或 C 时， 角都将改变，而且 A 点的轨迹是一个半圆。同理可以分析出，以电容电压作为输出电压时，输出电压相位滞后输入电压相位一个 角。因此，不论以 R 端或 C 端作输出，其输出电压较输入电压都具有移相作用，这种作用效果称阻容移相。阻容移相环节，在电子技术应用中广泛采用，如移相电路、耦合电路、微分电路、积分电路等等。本试验中的移相器的输入输出波形的频谱分析如图.174.2分析步骤及结果分析步骤及结果按照下图 4-2

43、接线，合上主控台电源开关，通过实验准备程序，如图 4-1，用采集卡采集 LV 峰峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使 Vop-p=2V，频率在 4khz-5khz 之间。观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使显示的波形幅值为最小。该实验通过一个 RC 的接入，进行了补偿。仔细调节 RW1 和 RW2 使显示的波形幅值更小，基本为零点。用手按住振动平台（让图 4-2 差动变压器振动测量实验接线图 传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使显示的波形为一个接近全波整流波形。松手，整流波形消失变为一条接近零点线。 （否则再调节 RW1和 RW2）激振源接上低频振荡器，调节低频振荡器

44、幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。观察放大器 Vo 相敏检波器的 Vo。保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（频率与输出电压 Vp-p 的监测方法与实验十相同）观察低通滤波器的输出。注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。 大学本科生毕业论文28图 4-1 实验准备程序图 4-2 试验接线图 大学本科生毕业论文29图 4-3 差动放大器频谱分析及放大倍数图 4-4 移相器波形频谱分析 大学本科生毕业论文30图 4-5 相敏检波分析程序图第五章第五章 总结与建议总结与建议5.15.1 总结总结本文利用计算机技术与虚拟仪器技术相结合，实现了对gsy-998传感

45、器试验仪进行的一系列典型传感器试验的后续数据采集处理问题并详细叙述了虚拟实验的开发过程。本课题研究内容是基于虚拟仪器的传感器实验仪用计算机测试系统设计。通过通用性极强的USB总线，把采集到的数据读取储存以后，进行静态和动态性能测试，并能把结果进行显示和对比。并在界面设计方面力争体现创新。本课题集实验教学、实验操作于一体， 提高了开发效率，实现了软件重复使用，具有良好的可扩展性。通过利用usb6008数据采集卡，实现了对电子电路的实时采集，处理和分析。5.2 建议建议 本文所做的工作只是一个初步的探索和实验 。由于时间有限，本课题只 大学本科生毕业论文31实现了检测方面的计算机辅助测试，后面的开

46、发和实现可以在下面几个方面进行研究和改进。1、开发更多的虚拟仪器和元器件，扩充虚拟仪器，进一步丰富和完善实验内容，满足教学和科研要求。本课题研究、设计、实验过程中所涉及的问题较多，尽管做了大量的分析研究和实验，由于时间紧迫，所做的工作还有待于进一步深化和完善。2、LABVIEW图形化程序中，优化问题是不可回避的。其优化理论涉及到计算机系统结构的方方面面，如多线程技术，内存管理技术。在解决优化问题时，本人只能以自己有限的知识为基础，在解决方案时，难免考虑不周。3、在对系统分析中进行了几个模块的图形化显示和数据储存，而对具体的数据计算进行的较少，可以再后续的工作中加强对数据处理部分的研究。参考文献参考文献祝诗平主编。传感器与检测技术 北京大学出版社 2006 年 8 月 114-1171 李成华,震霄,朝会主编现代测试技术M,中国农业大学出版社2004年2 吴永红 线位移传感器检定方法J 中国测试技术 2003 ，3：1-2 3仟玲，黄凤良 薄膜热电偶动态特性标定技术研究现状J，传感器与微系统，2006,25(10):1-4.4李广才,晓燕.器动态特性虚拟标定系统设计J，传感器与微系统，2006,5(1):1-4.5 刘光宇,陆世,良汉著.传感器微机标定系统研究