3.1信號特征值處理及LabVIEW實(shí)現(xiàn)

3.1.1信號的幅值特征值1.周期信號的幅值特征值周期信號的幅值特征常以峰值、峰_峰值、均值、均方值和有效值來表示。第3章測試信號的時(shí)域分析處理3.1信號特征值處理及LabVIEW實(shí)現(xiàn)3.1.1信號1(1)峰值和峰_峰值

峰值是指在一個(gè)周期內(nèi)信號可能出現(xiàn)的最大絕對瞬時(shí)值，即

峰_峰值是指在一個(gè)周期內(nèi)信號最大瞬時(shí)值與最小瞬時(shí)值之差的絕對值，即

信號的峰值和峰_峰值給出了信號變化的極限范圍，是選擇測試裝置的量程和動(dòng)態(tài)范圍的依據(jù)。(1)峰值和峰_峰值2(2)均值周期信號的均值表示信號變化的中心趨勢，是信號的常值分量。(2)均值3(3)均方值和有效值周期信號屬于功率信號，其能量無限，平均功率它反映了信號的功率大小。平均功率的平方根就是信號的有效值，即

有效值也常稱為均方根值，工程上還常常直接寫成RMS。(3)均方值和有效值42．隨機(jī)信號的幅值特征值各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號的幅值特征值包括均值、方差、均方值等。

均值是指各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號的樣本函數(shù)在觀測時(shí)間T上的平均值，即它表示隨機(jī)信號的常值分量，是隨機(jī)信號波動(dòng)的中心值，描述了隨機(jī)信號的靜態(tài)分量。

2．隨機(jī)信號的幅值特征值5

方差描述隨機(jī)信號的幅值波動(dòng)程度。用樣本函數(shù)偏離均值的平方均值表示，即由定義可知，方差的量綱與均值的量綱不同。為達(dá)到兩者一致，常用的是方差的平方根，也稱標(biāo)準(zhǔn)偏差或標(biāo)準(zhǔn)差，它是分析隨機(jī)信號的重要參數(shù)。信號波動(dòng)的范圍愈大，則也愈大。可見，標(biāo)準(zhǔn)差描述了隨機(jī)信號的動(dòng)態(tài)分量。

方差描述隨機(jī)信號的幅值波動(dòng)程度。用樣本函數(shù)偏離均6

均方值描述隨機(jī)信號的強(qiáng)度，它是樣本函數(shù)平均值，即

它有明確的物理含義，代表信號的平均功率。工程上，常用均方值的平方根來等效信號的當(dāng)量幅值大小，稱為有效值或均方根值。

均方值描述隨機(jī)信號的強(qiáng)度，它是樣本函數(shù)平均值，即73．在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)信號幅值特征值求取

在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)信號幅值特征值的求取，最簡單有效的方式是用ExpressVI中的AmplitudeandLevelMeasurements.VI。實(shí)例：NIExample\AnalyzingandProcessingSignals\LevelMeasurement\BasicAmplitudeMeasurement.vi3．在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)信號幅值特征值求取83.1.2信號的時(shí)間特征值

周期和頻率是周期信號或準(zhǔn)周期信號特有的時(shí)間特征值；周期信號的周期和頻率分別反映了周期信號波形重復(fù)出現(xiàn)的時(shí)間間隔和出現(xiàn)的頻率，它們互為倒數(shù)關(guān)系。在LabVIEW中，能夠求取信號頻率和周期的VI是TimingandTransitionMeasurements.vi

實(shí)例

還可參考范例：NIExample\AnalyzingandProcessingSignals\LevelMeasurement\PulsetransitionMeasurement.vi3.1.2信號的時(shí)間特征值93.1.3信號的相位特征值

相位也是周期信號特有的特征值參數(shù)。測試工程應(yīng)用中有初始相位角和兩同頻周期信號的相對相位角兩個(gè)常用概念。相位實(shí)際上表示了一段時(shí)間量在周期信號的一個(gè)波形周期中所占的比例。設(shè)信號的初始點(diǎn)相對于標(biāo)準(zhǔn)正弦或余弦信號的時(shí)間差為t0，信號周期為T，則其初始相位角。

兩個(gè)同頻周期信號的初始相位角之差即為其相對相位角。

3.1.3信號的相位特征值10

ExpressVI中用于尋找最大幅值諧波信號分量參數(shù)的ToneMeasurements.vi可以求取正弦信號的初始相位角。但遺憾的是，在LabVIEW中沒有能夠直接求取相對相位角的函數(shù)VI。求取相對相位角的一種途徑是分析兩個(gè)周期信號的互譜，互譜相位譜圖中周期信號頻率所對應(yīng)的相位值即是兩個(gè)信號的相對相位角(又稱為相位差)，這種方法在工程中應(yīng)用較廣。ExpressVI中用于尋找最大幅值諧波信號分113.2信號運(yùn)算及LabVIEW實(shí)現(xiàn)在測試信號的時(shí)域分析和處理中，還經(jīng)常需要對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，包括加減乘除四則運(yùn)算、微積分運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算等。LabVIEW中提供了豐富的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，也提供了兩個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算ExpressVI-Formula.vi和TimeDomainMath.vi。另外，利用公式節(jié)點(diǎn)也可以進(jìn)行信號的運(yùn)算。3.2信號運(yùn)算及LabVIEW實(shí)現(xiàn)12兩個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算Formula.vi和TimeDomain.vi的到達(dá)途徑為Functions\Express\Arithmetic&Comparison，其所在的子模板如圖所示。實(shí)例兩個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算Formula.vi和TimeDomain.v133.2濾波器及LabVIEW實(shí)現(xiàn)濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。在測試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。同樣，在測試VI中，也可以利用LabVIEW提供的濾波器VI對信號進(jìn)行去噪或提取特定頻率信號。3.2濾波器及LabVIEW實(shí)現(xiàn)14方差均方值等課件15圖3-15c所示是帶通濾波器的幅頻特性，它是僅讓高于頻率和低于頻率的頻率成分以常值增益通過，、分別稱為此帶通濾波器的下、上截止頻率，稱為帶通濾波器的中心頻率，中心頻率定義是上下截止頻率的幾何平均值，即又稱為此帶通濾波器的帶寬，并定義帶通濾波器的品質(zhì)系數(shù)為圖3-15d所示是帶阻濾波器的幅頻特性，它僅讓兩截止頻率之間的頻率成分不通過。

圖3-15c所示是帶通濾波器的幅頻特性，它是僅讓高于161．實(shí)際濾波器的基本參數(shù)對于理想濾波器，只需規(guī)定截止頻率就可以說明它的性能，因?yàn)樵诮刂诡l率fL和fH之間的幅頻特性為常數(shù)，截止頻率以外則為零。而對于實(shí)際濾波器，由于它的特性曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，通頻帶中幅頻特性也并非常數(shù)，因此需要用更多的參數(shù)來描述實(shí)際濾波器的性能，主要參數(shù)有紋波幅度、截止頻率、帶寬、品質(zhì)因數(shù)等。3.2.3實(shí)際濾波器的參數(shù)和類型1．實(shí)際濾波器的基本參數(shù)3.2.3實(shí)際濾波器的參數(shù)和類型172．?dāng)?shù)字濾波器的兩種類型通常，根據(jù)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)沖擊響應(yīng)長度是否為有限值，將數(shù)字濾波器分為有限沖擊響應(yīng)(FiniteImpulseResponse，F(xiàn)IR)濾波器和無限沖擊響應(yīng)(InfiniteImpulseResponse，IIR)濾波器兩種類型，這兩種濾波器中都包含有高通、低通、帶通等子類型。這兩種類型的濾波器無論在性能上還是在設(shè)計(jì)方法上都有很大的區(qū)別。

2．?dāng)?shù)字濾波器的兩種類型183．3種常用的最佳逼近特性濾波器

理想濾波器在通帶內(nèi)幅頻特性為常值，在通帶外幅頻特性值為零。而在實(shí)用中的濾波器，通頻帶內(nèi)不平坦；過渡帶部分不陡直；阻帶部分不為零。通常模擬濾波器的設(shè)計(jì)就是利用“最佳逼近特性”這一原理來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。最常用的可實(shí)現(xiàn)的濾波器有巴特沃茲、切比雪夫?yàn)V波器和貝塞爾濾波器等。3．3種常用的最佳逼近特性濾波器193.2.4調(diào)用數(shù)字濾波器子程序的幾個(gè)問題1．調(diào)用時(shí)的參數(shù)設(shè)置（p64） 1)濾波器類型選擇 2)截止頻率確定 3)采樣頻率設(shè)定 4)濾波器的階數(shù) 5)紋波幅度2．濾波過程的響應(yīng)時(shí)間（p64）

3．A/D前的抗混濾波器

（p64）3.2.4調(diào)用數(shù)字濾波器子程序的幾個(gè)問題203.2.5在LabVIEW中應(yīng)用濾波器

LabVIEW中的濾波器VI也分成了ExpressVI、波形VI和基本功能VI3個(gè)層次。其中ExpressVI中的濾波器VI設(shè)置了針對所有類型的濾波器的選項(xiàng)，波形VI則分成了IIR濾波器和FIR濾波器兩個(gè)VI,而在基本功能VI的子模板中，主要根據(jù)濾波器的最佳逼近特性提供了比較豐富的濾波器VI。實(shí)例1：WaveformFilter實(shí)例2：CorrelateFilter實(shí)例3：CorrelateFilter-223.2.5在LabVIEW中應(yīng)用濾波器213.1信號特征值處理及LabVIEW實(shí)現(xiàn)

3.1.1信號的幅值特征值1.周期信號的幅值特征值周期信號的幅值特征常以峰值、峰_峰值、均值、均方值和有效值來表示。第3章測試信號的時(shí)域分析處理3.1信號特征值處理及LabVIEW實(shí)現(xiàn)3.1.1信號22(1)峰值和峰_峰值

峰值是指在一個(gè)周期內(nèi)信號可能出現(xiàn)的最大絕對瞬時(shí)值，即

峰_峰值是指在一個(gè)周期內(nèi)信號最大瞬時(shí)值與最小瞬時(shí)值之差的絕對值，即

信號的峰值和峰_峰值給出了信號變化的極限范圍，是選擇測試裝置的量程和動(dòng)態(tài)范圍的依據(jù)。(1)峰值和峰_峰值23(2)均值周期信號的均值表示信號變化的中心趨勢，是信號的常值分量。(2)均值24(3)均方值和有效值周期信號屬于功率信號，其能量無限，平均功率它反映了信號的功率大小。平均功率的平方根就是信號的有效值，即

有效值也常稱為均方根值，工程上還常常直接寫成RMS。(3)均方值和有效值252．隨機(jī)信號的幅值特征值各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號的幅值特征值包括均值、方差、均方值等。

均值是指各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)信號的樣本函數(shù)在觀測時(shí)間T上的平均值，即它表示隨機(jī)信號的常值分量，是隨機(jī)信號波動(dòng)的中心值，描述了隨機(jī)信號的靜態(tài)分量。

2．隨機(jī)信號的幅值特征值26

方差描述隨機(jī)信號的幅值波動(dòng)程度。用樣本函數(shù)偏離均值的平方均值表示，即由定義可知，方差的量綱與均值的量綱不同。為達(dá)到兩者一致，常用的是方差的平方根，也稱標(biāo)準(zhǔn)偏差或標(biāo)準(zhǔn)差，它是分析隨機(jī)信號的重要參數(shù)。信號波動(dòng)的范圍愈大，則也愈大。可見，標(biāo)準(zhǔn)差描述了隨機(jī)信號的動(dòng)態(tài)分量。

方差描述隨機(jī)信號的幅值波動(dòng)程度。用樣本函數(shù)偏離均27

均方值描述隨機(jī)信號的強(qiáng)度，它是樣本函數(shù)平均值，即

它有明確的物理含義，代表信號的平均功率。工程上，常用均方值的平方根來等效信號的當(dāng)量幅值大小，稱為有效值或均方根值。

均方值描述隨機(jī)信號的強(qiáng)度，它是樣本函數(shù)平均值，即283．在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)信號幅值特征值求取

在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)信號幅值特征值的求取，最簡單有效的方式是用ExpressVI中的AmplitudeandLevelMeasurements.VI。實(shí)例：NIExample\AnalyzingandProcessingSignals\LevelMeasurement\BasicAmplitudeMeasurement.vi3．在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)信號幅值特征值求取293.1.2信號的時(shí)間特征值

周期和頻率是周期信號或準(zhǔn)周期信號特有的時(shí)間特征值；周期信號的周期和頻率分別反映了周期信號波形重復(fù)出現(xiàn)的時(shí)間間隔和出現(xiàn)的頻率，它們互為倒數(shù)關(guān)系。在LabVIEW中，能夠求取信號頻率和周期的VI是TimingandTransitionMeasurements.vi

實(shí)例

還可參考范例：NIExample\AnalyzingandProcessingSignals\LevelMeasurement\PulsetransitionMeasurement.vi3.1.2信號的時(shí)間特征值303.1.3信號的相位特征值

相位也是周期信號特有的特征值參數(shù)。測試工程應(yīng)用中有初始相位角和兩同頻周期信號的相對相位角兩個(gè)常用概念。相位實(shí)際上表示了一段時(shí)間量在周期信號的一個(gè)波形周期中所占的比例。設(shè)信號的初始點(diǎn)相對于標(biāo)準(zhǔn)正弦或余弦信號的時(shí)間差為t0，信號周期為T，則其初始相位角。

兩個(gè)同頻周期信號的初始相位角之差即為其相對相位角。

3.1.3信號的相位特征值31

ExpressVI中用于尋找最大幅值諧波信號分量參數(shù)的ToneMeasurements.vi可以求取正弦信號的初始相位角。但遺憾的是，在LabVIEW中沒有能夠直接求取相對相位角的函數(shù)VI。求取相對相位角的一種途徑是分析兩個(gè)周期信號的互譜，互譜相位譜圖中周期信號頻率所對應(yīng)的相位值即是兩個(gè)信號的相對相位角(又稱為相位差)，這種方法在工程中應(yīng)用較廣。ExpressVI中用于尋找最大幅值諧波信號分323.2信號運(yùn)算及LabVIEW實(shí)現(xiàn)在測試信號的時(shí)域分析和處理中，還經(jīng)常需要對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，包括加減乘除四則運(yùn)算、微積分運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算等。LabVIEW中提供了豐富的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，也提供了兩個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算ExpressVI-Formula.vi和TimeDomainMath.vi。另外，利用公式節(jié)點(diǎn)也可以進(jìn)行信號的運(yùn)算。3.2信號運(yùn)算及LabVIEW實(shí)現(xiàn)33兩個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算Formula.vi和TimeDomain.vi的到達(dá)途徑為Functions\Express\Arithmetic&Comparison，其所在的子模板如圖所示。實(shí)例兩個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算Formula.vi和TimeDomain.v343.2濾波器及LabVIEW實(shí)現(xiàn)濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。在測試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。同樣，在測試VI中，也可以利用LabVIEW提供的濾波器VI對信號進(jìn)行去噪或提取特定頻率信號。3.2濾波器及LabVIEW實(shí)現(xiàn)35方差均方值等課件36圖3-15c所示是帶通濾波器的幅頻特性，它是僅讓高于頻率和低于頻率的頻率成分以常值增益通過，、分別稱為此帶通濾波器的下、上截止頻率，稱為帶通濾波器的中心頻率，中心頻率定義是上下截止頻率的幾何平均值，即又稱為此帶通濾波器的帶寬，并定義帶通濾波器的品質(zhì)系數(shù)為圖3-15d所示是帶阻濾波器的幅頻特性，它僅讓兩截止頻率之間的頻率成分不通過。

圖3-15c所示是帶通濾波器的幅頻特性，它是僅讓高于371．實(shí)際濾波器的基本參數(shù)對于理想濾波器，只需規(guī)定截止頻率就可以說明它的性能，因?yàn)樵诮刂诡l率fL和fH之間的幅頻特性為常數(shù)，截止頻率以外則為零。而對于實(shí)際濾波器，由于它的特性曲線沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，通頻帶中幅頻特性也并非常數(shù)，因此需要用更多的參數(shù)來描述實(shí)際濾波器的性能，主要參數(shù)有紋波幅度、截止頻率、帶寬、品質(zhì)因數(shù)等。3.2.3實(shí)際濾波器的參數(shù)和類型1．實(shí)際濾波器的基本參數(shù)3.2.3實(shí)際濾波器的參數(shù)和類型382．?dāng)?shù)字濾波器的兩種類型通常，根據(jù)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)沖擊響應(yīng)長度是否為有限值，將數(shù)字濾波器分為有限沖擊響應(yīng)(FiniteImpulse