基于谱分析技术的虚拟相位差计设计位移测试虚拟仪器设计说明书.docVIP

word专业整理 学习资料 整理分享 第一章 设计题目及要求 1、基于谱分析技术的虚拟相位差计设计： 设计要求和功能描述： （1）采用谱分析技术测量两个同频正弦波信号的相位差； （2）两个正弦波信号的幅值、相位都可由用户选择设定； （3）信号的采样点数、采样周期数可由用户选择。 2、位移测试虚拟仪器设计 设计要求和功能描述： （1）能进行位移测试； （2）可求出位移测量系统的线性度、滞后度和灵敏度。 第二章 虚拟相位差计的方案设计 本设计所要求是利用谱分析的方法进行两个同频正弦波信号的相位差的计算，利用相谱函数求出两个正弦波信号的相位进行相减得到相位差。 2.1谱分析求相位差的基本原理的概述 频谱分析法是通过求取周期信号的频域特性(主要是相频特性)，然后取两信号相频特性曲线中对应于信号各频率分量的相位值，其差值即为所求相位差。理论上，该方法有很好的选频特性，对谐波干扰抑制性好。 一般情况下，使用快速傅里叶变换(FFT)来进行频谱分析，该算法要求离散点必须满足采样点数为2n个，另外要避免泄漏、栅栏效应。为了准确得到信号频率所对应出相位、幅值，就必须整周期地采样被测信号，因此两个条件合起来，就要求采样时间长度是信号周期的整数倍，且总采样点数为2n，这样的条件是很苛刻的。设计中可以做这样的处理：在仪器内集成一个周期测量仪(其基本原理是计数法)，用它测得信号频率的准确值，然后再将实际的采样频率设为信号频率与每周期采样点数(设为2n)的乘积，这样就可以较好地达到FFT法所要求的条件。本题中被测信号是仿真生成的，故不必作上述处理。 2.2总体设计方案的确定 本设计的被测信号是仿真生成的，故本设计可大致分成三个阶段：信号生成、两个正弦波信号的相位计算、相位差的计算和输出。设计的基本流程如图2.1所示。 在信号生成阶段，本设计的信号是由仿真生成的，可以根据用户的条件设定生成想得到的信号，可以执行信号处理→信号生成→正弦信号操作根据用户设定的采样点数、幅值、相位、采样周期数来生成两个同频正弦信号。 在两个正弦波信号的相位计算阶段，可以利用数学函数对信号的相位进行求解，可以执行信号处理→谱分析→幅度谱和相位谱操作得到两个信号的相位。 在相位差的计算和输出阶段，由于采样到的数据是数组的形式，所以对于输出的数据要进行索引处理，将采样周期数进行转换为长整型作为索引数，因为输出的数据是弧度制的，要对输出值进行弧度转换为角度的运算，对于运算结果要判断差值是否在相位差的范围[-180°, 180°]内，如不在范围内要进行相应的处理（对于大于180°的要把差值减去360°，对于小于-180°的要把差值加上360°）。 开始 开始 依据用户的要求和参数生成两个正弦波信号 依据用户的要求和参数生成两个正弦波信号 结束判断相位差的范围并处理输出相位差值两个信号的相位相减得到相位差分别利用函数计算出两个正弦信号的相位 结束 判断相位差的范围并处理输出相位差值 两个信号的相位相减得到相位差 分别利用函数计算出两个正弦信号的相位 图2.1基于谱分析技术的相位差计流程图 第二章 虚拟相位差计的程序实现 根据方案设计的总体思想进行虚拟相位差计的各个部分的设计和实现，程序设计主要分为两个部分：前面板、程序框图。首先根据任务要求进行前面板的设计，再根据前面板编辑程序框图以实现前面板所要的功能。 3.1相位差计的前面板设计和规划 根据任务要求所要实现的目的确定前面板所需要的相应控件和显示板。 3.1.1控件和显示件的确定 设计要求两正弦波信号的幅值和相位都可以由用户确定，则需要四个数值输入控件，而且信号的采样点数、采样周期数可由用户选择，所以又要添加两个控件，一共要六个数值输入控件。 在显示件部分，所要显示的是相位差，为了使显示更加直观要添加一个图形显示控件，显示的是两个正弦波信号，所以使用波形图显示控件。 综上所述，所需要的控件和显示件为六个数值输入控件、一个数值显示控件，一个图形显示控件。 3.1.2前面板的布置 （1）、连续执行“控件→数值→数值输入控件”操作，在板面设计窗口中放置六个数值输入控件，这些控件分别用于设定采样信号的相关参数，将这些控件的标签分别改为采样点数、采样周期数、幅值1、幅值2、相位1（度）、相位2（度）。执行“文本设置→大小”操作，分别将文字、数字设为18。 （2）、执行“控件→数值→数值显示控件”操作，在前面板窗口中放置一个数值显示控件，用于显示两个正弦波的相位差，将其标签改为相位差（度）。执行“文本设置→大小”操作，分别将文字、数字设为24、36。 （3）、执行“控件→图形→波形图”操作，用于显示正弦函数的波形，拖拽图例使之成为两个信号图例，修改属性将图例修改为信号1、信号2，将曲线2