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时域方法对任意周期信号频率的测量
2008-09-09 14:09:06 admin 浏览:11655次 【

 

 

是否接近

若接近

输出数据二

若不接近

输出数据一

测量数据二

 

 

四、      程序说明

在本节具体说明一下仿真程序和实测程序,实测程序与仿真程序的区别只在于信号的来源,后面的算法完全相同,所以只具体介绍仿真程序。

仿真程序由信号源、截取、数据处理、仿真测量频率四个vi组成。

信号源:用于提供本实验仿真用的信号源,它是叠加了二次谐波和三次谐波的正弦周期信号(可以改成方波或三角波),还叠加了幅值可调的白噪声。其中,正弦周期信号的幅值为1,周期信号的基频和噪声的幅值可以设置。

截取:vi完成的功能是对信号进行去头去尾的截取,截取长度各为数据总长的1/6。主要是对自相关函数的整形处理,因为自相关函数的起始阶段的波形不是很规整,所以要对其进行整形。

数据处理:用于对信号做前期处理,引用了信号源子vi和截取子vi,内容包括低通滤波处理、自相关处理和截取中间段。最终输出的信号直接用于频率的测量。并设置了低通滤波和自相关处理的启用开关。在输出方面,同时输出了各个状态的波形,便于以后的显示观察。

仿真测量频率:整个程序的主程序。调用了数据处理子vi。并输出最终测量结果和测量误差。本程序中包括了所有仿真波形的参数设置、进行低通滤波和自相关处理的控制按钮、对原始波形和处理后的波形的显示;包括对自相关函数截取后的数据进行周期的测量及测量算法的选择(目前只有零点法和三点法),并换算成频率,计算与设置频率比较的相对误差;同时还给出了LabVIEW自带的测量波形频率的函数的结果。由于时间的关系,后来进行的改进(比较用自相关函数和不用自相关函数的实验不够多,并没有写在常程序里面。)

其前后面板的显示如下图:前面板为真正的面板,后面板由于篇幅的问题显示不全,图为不能选择测量算法的程序的后面板,基本相同,除了一处case


 


实测程序的数据处理部分与仿真程序基本相同,不同的是除了用平均计数法外,还可以选择用三点法测量频率。其前面板如下图所示:

程序运行时,先打开预先保存的波形数据文件,它能从打开的文件中读取波形的采样频率和样本数,还可以选择是否使用低通滤波和自相关函数,还可以选择最后测量的方法。最后给出的结果是测量得到的频率以及它和LabVIEW自带程序测量的结果的相对误差值。此程序还可以扩展,由于时间问题,在完成报告时还没有进一步完成,故只描述至已完成部分。

五、      结果分析

分别对仿真结果和实测结果进行分析

首先,仿真结果分析:

下面给出几组仿真的数据及结果:

1.  噪声的影响

噪声0

 

噪声0.01

噪声0.1

噪声1

可见,噪声从00.01变至1,本方法测量的结果却变化不大,可见本测试方法对信号噪声的响应很不明显,在噪声为1的情况,测量的相对误差可以保持在1%以内,可以说结果还是可以接受的。可是即使是在没有噪声的情况,所得的结果却也并不精确,也和噪声较大的情况差不多,这就失去了本方法的准确性。在没有噪声的情况下,本算法目前的想法是通过测量者对原始信号的观察,初步判断噪声是否幅值较大,如果较小,则可关掉自相关的开关。

在改进的程序中,希望通过对噪声的响应的判断来自动选择是否选择自相关。

LabVIEW自带的测试函数测量的结果分别测得50.234150.693100.543,即基波、二次谐波和三次谐波的结果都有测出过。经过分析,应该是由于非整周期采样造成信号原本的周期性有所损失的问题。

2.  原始波形的影响

正弦波

方波

三角波

可见,对于不同的原始信号,测量的结果相同,说明本测量方法对波形的要求很低,适应于不同的波形。主要是由于低通滤波会使方波和三角波变为其同频率的基波正弦波,之后的相关处理测量的就是这个正弦波了。所以,本测量方法的适应性比较好。

3.  采样样本数的影响

样本数为120

样本数为240

样本数为360

可见,增加采样样本数,可以减小测量频率的误差。不过,增加到一定数量就不会再减小误差了。

4.  采样频率的影响

采样频率500

采样频率750

 

采样频率1000

可见,采样频率大概在10倍以上后,采样频率的变化对结果影响不明显。

接着是,实测结果分析:

实测一:数据wave-data,低通开,相关开,零点法

实测二:数据wave-d

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