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1、 第第 6 6 章章虚拟仪器数据采集与虚拟仪器数据采集与信号处理信号处理第6章 虚拟仪器数据采集与信号处理n教学重点n数据采集数据采集n信号产生信号产生n信号的时域分析信号的时域分析n信号的频域分析信号的频域分析n数字滤波器数字滤波器n曲线拟合曲线拟合6.1数据采集nLabVIEW作作为为一一种种图图形形化化的的虚虚拟拟仪仪器器开开发发平平台台，在在数数据据采采集集，信信号号的的产产生生、分分析析与与处处理理上上有有明明显显的的优优势势。LabVIEW提提供供了了非非常常丰丰富富的数据采集，信号发生、分析与处理函数。的数据采集，信号发生、分析与处理函数。n虚虚拟拟仪仪器器主主要要用用于于获获取
2、取真真实实物物理理世世界界的的数数据据，也也就就是是说说，虚虚拟拟仪仪器器必必须须要要有有数数据据采采集集的的功功能能。从从这这个个角角度度来来说说，数数据据采采集集就就是是虚虚拟拟仪仪器器设设计计的的核核心心，使使用用虚虚拟拟仪仪器器必必须须要要掌掌握握如如何进行数据采集。何进行数据采集。6.1.1数据采集系统的含义数据采集系统的含义n在在科科研研、生生产产和和日日常常生生活活中中，需需要要经经常常对对模模拟拟量量（如如温温度度、压压力力、流流量量、速速度度、位位移移等等）进进行行测测量量和和控控制制。数数据据采采集集（Data Acquisition，DAQ），就就是是将将被被测测对对象象
3、的的各各种种参参量量（物物理理量量、化化学学量量、生生物物量量等等）通通过过各各种种传传感感器器作作适适当当转转换换后后，再再经经信信号号调调理理、采采样样、量量化化、编编码码、传传输输等等步步骤骤送送到到计计算算机机进行数据处理或记录的过程。进行数据处理或记录的过程。n用用于于数数据据采采集集的的成成套套设设备备称称为为数数据据采采集集系系统统（Data Acquisition System，DAS）。）。n数数据据采采集集系系统统的的任任务务，就就是是通通过过传传感感器器从从被被测测对对象象获获取取有有用用信信息息，并并将将其其输输出出信信号号转转换换为为计计算算机机能能识识别别的的数数字
4、字信信号号，然然后后送送入入计计算算机机进进行行相相应应的的处处理理，得得出出所所需需的的结结果果。同同时时，将将计计算算机机得得到到的的数数据据结结果果进进行行显显示示、存存储储或或打打印印，以以便便实实现现对对某某些些物物理理量量的的监监视视，其其中中一一部部分分数数据据还还将将被被计计算算机机控控制制系系统统用用来来进进行行某某些些物物理理量量的控制。的控制。n数数据据采采集集系系统统的的好好坏坏，主主要要取取决决于于它它的的精精度度和和速速度度。在在保保证证精精度度的的前前提提下下，应应具具有有尽尽可可能能高高的的采采样样速速度度，以满足实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。以满足
5、实时采集、实时处理和实时控制对速度的要求。p现代数据采集系统具有以下主要特点：现代数据采集系统具有以下主要特点：n一般都含有计算机系统；一般都含有计算机系统；n软件的作用越来越大；软件的作用越来越大；n数据采集与数据处理结合日益紧密；数据采集与数据处理结合日益紧密；n采集速度快，一般都具有实时特性；采集速度快，一般都具有实时特性；n数据采集系统的体积越来越小；数据采集系统的体积越来越小；n总线的应用越来越广。总线的应用越来越广。6.1.2数据采集系统结构n数数据据采采集集系系统统通通常常是是由由传传感感器器、信信号号调调理理电电路路、多多功功能能数数据据采采集集卡卡（通通常常集集成成有有模模拟
6、拟多多路路开开关关、程程控控放放大大器器、采采样样/保保持持器器、定定时时器器、A/D转转换换器器及及D/A转换器）、转换器）、计算机计算机及及外设外设等部分组成。等部分组成。n传感器传感器 传传感感器器是是指指能能感感受受规规定定的的被被测测量量信信号号并并按按照照一一定定的的规规律律转转换换成成可可用用输输出出信信号号的的器器件件或或装装置置。传传感感器器不不但但应应该该对对被被测测量量信信号号敏敏感感，而而且且还还应应具具有有将将被被测测量量信信号号的响应传送出去的功能。的响应传送出去的功能。n信号调理信号调理（1）放大：）放大：电流型变送器电流型变送器、电压型变送器、电压型变送器（2）
7、隔离：）隔离：“地地”电位，共态电压差异电位，共态电压差异（3）滤波：低通滤波器、抗混叠滤波器）滤波：低通滤波器、抗混叠滤波器（4）激励：外接电流或电压激励信号（例，热电阻）激励：外接电流或电压激励信号（例，热电阻）（5）线性化：驱动软件包）线性化：驱动软件包n数据采集卡数据采集卡 一一个个典典型型的的数数据据采采集集卡卡的的功功能能有有模模拟拟输输入入、模模拟拟输输出出、数数字字I/O、计计数数/定定时时器器等等，这这些些功功能能分分别别由由相相应应的的单单元元电电路路来来实现。实现。（1）模模拟拟输输入入：一一般般由由多多路路开开关关、放放大大器器、采采样样保保持持电电路路以以及及A/D转
8、换器来实现。转换器来实现。（2）模拟输出：为系统提供输出或控制信号（）模拟输出：为系统提供输出或控制信号（D/A）。）。（3）数数字字I/O：通通常常用用来来控控制制过过程程、产产生生测测试试信信号号、与与外外设设通通信信等等。它它的的基基本本参参数数包包括括数数字字接接口口路路数数、收收/发发数数据据速速率率、驱动能力等。驱动能力等。（4）计计数数/定定时时器器：计计数数器器包包括括3个个重重要要信信号号：门门限限信信号号、计计数信号、输出。数信号、输出。6.1.3 数据采集卡的选用与配置数据采集卡的选用与配置n数数据据采采集集卡卡：在在计计算算机机控控制制下下完完成成数数据据采采集集和和控
9、控制制任任务务的的板板卡卡。数数据据采采集集卡卡分分为为内内插插式式采集卡和采集卡和外挂式外挂式采集卡。采集卡。n内内 插插 式式 采采 集集 卡卡 包包 括括 基基 于于 ISA,PCI,PXI/CPCI,PCMCIA等等总总线线卡卡，特特点点是是速速度度快，但是插拔不方便。快，但是插拔不方便。n外外挂挂式式采采集集卡卡包包括括USB,IEEE1394,RS-232/RS-485和和并并口口卡卡，特特点点是是使使用用方方便便，但速度相对较慢。但速度相对较慢。USB总线数据采集卡总线数据采集卡PCI总线接口数据采集卡总线接口数据采集卡数据采集卡的选用n在在挑挑选选数数据据采采集集卡卡时时，用用
10、户户主主要要考考虑虑的的是是根根据据需需求求选选取取适适当当的的总总线线形形式式，适适当当的的采采样样速速率率，适适当当的的模模拟拟输输入入、模模拟拟输输出出，适适当当的的数数字字量量输输入入、输输出出接接口口等等，达到既能满足工作需求，又能节省投资的目的。，达到既能满足工作需求，又能节省投资的目的。n需用数据采集卡的基本原则：需用数据采集卡的基本原则：p数据分辨率和精度；数据分辨率和精度；p可达到的采样速率（可达到的采样速率（=最高采样频率最高采样频率/通道数）；通道数）；p通道数；通道数；p数据总线接口类型（数据总线接口类型（PCI，PCMCIA,PXI,VXI）；）；p是否有隔离；是否有
11、隔离；p支持的软件驱动程序及其软件平台。支持的软件驱动程序及其软件平台。数据采集卡产品介绍nNI公公司司作作为为虚虚拟拟仪仪器器技技术术的的开开创创者者，面面向向广广大大用用户户设设计计出出一一系系列列高高品品质质的的通通用用数数据据采采集集卡卡，如如B系系列列基基本本多多功功能能DAQ卡卡、S系系列列同同步步采采样样多多功功能能DAQ卡卡、M系系列列新新一一代代多多功功能能DAQ卡等。卡等。nPCI-6251是是首首款款基基于于PC的的PCI Express多多功功能能高高速速数数据据采采集集卡卡，它它将将PCIe总总线线技技术术和和NI的的M系系列列数数据据采采集集技技术术完完美美地地结结
12、合合在在一一起起，提提供供了了快快速速模模拟拟和和数数字字I/O，以以及及先先进进的的PCIe通道带宽。通道带宽。数据采集卡的安装配置数据采集卡的安装配置n在在选选购购了了NI公公司司的的数数据据采采集集卡卡后后，首首先先要要将将数数据据采采集集卡卡安安装装到到计计算算机机中中并并插插在在相相应应的的总总线线插插槽槽上上，然然后后安安装装相相应应的的驱驱动动程程序序。硬硬件件驱驱动动程程序序是是应应用用软软件件对对硬硬件件的的编编程程接接口口，它它包包含含着着特特定定硬硬件件可可以以接接受受的的操操作作命命令令，用用于于完完成成与与硬硬件件之之间间的的数数据据传传递递。依依靠靠硬硬件件驱驱动动
13、程程序序可可以以大大大大简简化化LabVIEW编编程程工工作作，提提高高开开发发效效率率，降低开发成本。降低开发成本。nNI公公司司的的数数据据采采集集产产品品可可以以和和NI LabVIEW以以及及NI-DAOmx测测量量驱驱动动服服务务软软件件无无缝缝地地结结合合，从从而而能能提提供供更高的性能、更高的价值和更多的更高的性能、更高的价值和更多的I/O。6.1.4基于LabVIEW的数据采集过程6.1.5基于LabVIEW的数据采集VI设计n数数据据采采集集是是虚虚拟拟仪仪器器获获取取信信息息的的必必不不可可少少的的基基本本功功能能，DAQmx软软件件是是LabVIEW的的核核心心，使使用用
14、LabVIEW必必须须要要掌掌握握如如何何使使用用DAQmx。nLabVIEW 2010中中，DAQmx函函数数位位于于函函数数选选板板的的【测测量量I/O】【DAQmx-数据采集数据采集】子选板中。常用的子选板中。常用的DAQmx函数有：函数有：（1）DAQmx Create Virtual Channel.vi：创建虚拟数据采集通道。：创建虚拟数据采集通道。（2）DAQmx Timing.vi：为数据采集配置采集速率和创建缓冲器。：为数据采集配置采集速率和创建缓冲器。（3）DAQmx Trigger.vi：为数据采集任务配置触发源，触发数据采集。：为数据采集任务配置触发源，触发数据采集。（
15、4）DAQmx Start Task.vi：开始数据采集或者产生即将输出的数据。：开始数据采集或者产生即将输出的数据。（5）DAQmx Write.vi：向指定的虚拟通道或者任务写入数据。：向指定的虚拟通道或者任务写入数据。（6）DAQmx Read.vi：从指定的虚拟通道或者任务读取数据。：从指定的虚拟通道或者任务读取数据。（7）DAQmx Wait Until Done.vi：等待数据采集完成。：等待数据采集完成。（8）DAQmx Stop Task.vi：停止数据采集或者停止产生数据的输出。：停止数据采集或者停止产生数据的输出。（9）DAQmx Clear Task.vi：清除数据采集任
16、务。：清除数据采集任务。（10）DAQ助手：是用于配置通道、任务和换算的图形化界面。助手：是用于配置通道、任务和换算的图形化界面。1.基于基于DAQ助手的数据采集助手的数据采集例例6.1 利利用用DAQ助助手手和和PCI-6251数数据据采采集集卡卡实实现现单单通道模拟电压的数据采集。通道模拟电压的数据采集。在在LabVIEW 2010中中，完完成成任任务务配配置置并并创创建建图图形形显显示示控控件件后后的的DAQ助助手手如如图图所所示示，它它在在执执行行数数据据采采集集任任务即可返回采集数据，并显示测试结果。务即可返回采集数据，并显示测试结果。2.基于基于DAQmx函数的数据采集函数的数据采
17、集（1）模拟信号的采集）模拟信号的采集例例6.2 利利用用DAQmx函函数数和和PCI-6251数数据据采采集集卡卡实实现现单通道有限数据点数据采集单通道有限数据点数据采集。连续数据采集例例6.3 利利用用DAQmx函函数数和和PCI-6251数数据据采采集集卡卡实实现现单通道连续数据采集。单通道连续数据采集。单通道连续数据采集单通道连续数据采集VI的程序框图的程序框图多通道循环数据采集例例6.4 利利用用DAQmx函函数数和和PCI-6251数数据据采采集集卡卡实实现现多通道循环数据采集。多通道循环数据采集。前面板前面板多通道循环数据采集多通道循环数据采集多通道循环数据采集VI程序框图程序框
18、图（2）离散信号的采集例例6.5 利利用用DAQmx函函数数和和PCI-6251数数据据采采集集卡卡实实现现事件计数。事件计数。事件计数事件计数VI的前面板和程序框图的前面板和程序框图6.2信号产生n信信号号产产生生是是仪仪器器系系统统的的重重要要组组成成部部分分，要要评评价价任任意意一一个个网网络络或或系系统统的的特特性性，必必须须外外加加一一定定的的测测试试信信号号，其其性性能能方方能能显显示示出出来来。最最常常用用的的测测试试信信号号有有正正弦弦波波、三三角角波波、方方波波、锯锯齿齿波波、噪噪声声波波及及多多频频波波（由由不不同同频频率率的的正正弦弦波波叠加而形成的波形）等。叠加而形成的
19、波形）等。n在在LabVIEW中中用用信信号号发发生生器器产产生生了了一一个个信信号号实实际际上上相相当当于于通通过过软软件件实实现现了了一一个个信信号号发发生生器器的的功功能能。在在LabVIEW中中利利用用信信号号发发生生器器产产生生的的信信号号可可以以进进行行测测试试系系统统模模型型的的分分析析或或进进行行信信号号处处理理方方法法的的研研究究，也也可可以以将将仿仿真真信信号号通通过过D/A转转换换硬硬件件输输出出，驱驱动动实实际际执执行行单单元元动动作。作。数字信号的产生与数字化频率的概念正弦波信号：为采样间隔，为信号周期，设一个周期内的采样点数为n，则采样频率：信号频率：设,将2 弧度
20、用360表示，并省略 ，则得数字化频率f=模拟频率/采样频率6.2.2信号生成信号生成子选板信号生成子选板1.正弦波生成Sine Wave.vi 正弦波函数的等效数学运算式如下正弦波函数的等效数学运算式如下：Sine Wavei=amplitudesin（360fi+phase0）SineWave.vi应用举例例例6.6 利用利用Sine Wave.vi产生正弦波产生正弦波 前面板前面板程序框图程序框图2.均匀白噪声的生成例例6.7 利利用用Unifom White Noise.vi产产生生均均匀匀分布的白噪声。分布的白噪声。前面板前面板程序框图程序框图3.函数发生器例例6.8 创创建建一一个
21、个可可以以产产生生正正弦弦波波、三三角角波波、方方波波和和锯锯齿波的函数发生器。齿波的函数发生器。6.2.3波形生成在波形生成子选板中的在波形生成子选板中的所有函数不仅输出包含所有函数不仅输出包含指定波形图形的数字型指定波形图形的数字型数组，而且包含时间参数组，而且包含时间参数，这种数据类型在数，这种数据类型在LabVIEWLabVIEW中称为波形数据中称为波形数据 波形生成函数的应用举例例例6.9 使用基本函数发生器创建函数发生器使用基本函数发生器创建函数发生器前面板前面板程序框图程序框图多频信号的产生与应用n多多频频信信号号是是指指一一个个离离散散频频率率的的正正弦弦波波集集合合，其模拟信
22、号数学表达式为：其模拟信号数学表达式为：式中，Ai：第i个正弦波的幅值i：基频角频率hi：第i个正弦波的角频倍数i：第i个正弦波的初相角例6.10多频信号发生器前面板前面板程序框图程序框图例6.11信号合成信号合成的信号合成的前面板和程前面板和程序框图序框图6.3信号的时域分析n时时域域分分析析是是指指在在时时间间域域内内研研究究系系统统在在一一定定输输入入信信号号的的作作用用下下，其其输输出出信信号号随随时时间的变化情况。间的变化情况。n由由于于时时域域分分析析是是直直接接在在时时间间域域中中对对系系统统进进行行分分析析的的方方法法，所所以以时时域域分分析析具具有有直直观和准确的优点。观和准
23、确的优点。6.3.1卷积运算n卷卷积积是是电电路路分分析析的的一一个个重重要要概概念念。它它可可以以求求线线性性系系统统对对任任何何激激励励信信号号的的零零状状态态响响应应。卷卷积积的的物物理理概概念念及及运运算算在在测测试试信信号号处处理理中中占占有有重要地位。（重要地位。（反卷积反卷积）n对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为对离散时间信号的卷积称为卷积和，定义为Convolution.vi(1)Direct(2)Frequency domain例6.12求卷积运算卷积运算的卷积运算的前面板和程前面板和程序框图序框图6.3.2相关分析n所谓所谓“相关相关”是指变量之间的线性关系。是指变量之
24、间的线性关系。n相相关关分分析析利利用用相相关关系系数数或或相相关关函函数数来来描描述述两两个个信信号号间间的的相相互互关关系系或或其其相相似似程程度度，还还可可以以用用来来描描述述同同一一信信号号的的现现在在值值与与过过去去值值的的关关系系，或或者者根根据据过过去去值值、现在值来估计未来值。现在值来估计未来值。n相相关关函函数数的的性性质质使使它它在在工工程程应应用用中中具具有有重重要要价价值值，尤尤其其是是互互相相关关函函数数的的同同频频相相关关、不不同同频频不不相相关关的的性性质质在噪声背景下提取有用信息提供了可靠的途径。在噪声背景下提取有用信息提供了可靠的途径。n相关函数的应用举例：地
25、下输油管漏损位置的探测相关函数的应用举例：地下输油管漏损位置的探测LabVIEW中的相关分析函数Auto Correlation.viCross Correlation.vi相关函数定义为DirectFrequency domain例6.13互相关运算前面板前面板程序框图程序框图同频相关不同频不相关6.3.3微积分运算 在在工工程程应应用用领领域域，经经常常要要对对整整个个过过程程进进行行测测量量和和控控制制，往往往往涉涉及及到到信信号号的的采采集集，而而采采样样获获得得是是离离散散的的数数据据，若若要要考考虑虑整整个个过过程程的的动动态态情情况况或或者者获获得得多多个个参参数，就要用到数，就
26、要用到数值积分数值积分和和数值微分数值微分运算。运算。应用举例：应用举例：车速传感器制动踏板力传感器信号调理电路信号采集模块计算机 数值积分是用线性泛函 来逼近函数 的，一般常用插值型求积公式，以 为插值节点的的 Lagrange插值多项式 为其中，为插值基函数，即则 ，且 只依赖于求积节点和积分区间，而与求积函数 无关。数值微分，即求函数 的导数逼近，主要采用基于Taylor级数、Lagrange多项式插值和三次样条差值的求导公式。LabVIEW中提供了求解积分和微分的函数。积分函数中可以指定采用数值积分的方法，有四种方法可供选择：梯形法则、Simpson法则、Simpson 3/8法则、B
27、ode法则。如采用Simpson法则，求解公式为：求导函数中可以指定4种方法，二阶中心，四阶中心、前向、后向。如采用二阶中心，例6.14对方波信号进行微积分运算前面板前面板对方波信号进行微积分运算程序框图程序框图6.4信号的频域分析n信信号号的的频频谱谱代代表表了了信信号号在在不不同同频频率率分分量量处处信信号号成成分分的的大大小小，它它能能够够提提供供比比时时域域信信号号波波形形更更直直观观、更丰富的信息。更丰富的信息。nLabVIEWLabVIEW提提供供了了丰丰富富的的频频域域分分析析函函数数，包包括括傅傅里里叶叶变换、变换、hilberthilbert变换、功率谱分析、谐波分析等。变换
28、、功率谱分析、谐波分析等。6.4.1快速傅立叶变换（FFT）n傅傅里里叶叶变变换换是是信信号号处处理理与与数数据据处处理理中中一一个个重重要要分分析析工工具具，其其意意义义在在于于将将时时域域与与频频域域信信号号联联系系起起来来，通通过过频频域分析将复杂的信号分解为各个单一的频率成分。域分析将复杂的信号分解为各个单一的频率成分。n讨论问题：讨论问题：（1）FFT点数点数（2）频域分辨率：）频域分辨率：（3）单边）单边FFT和双边和双边FFT（频率减半，幅度加倍）（频率减半，幅度加倍）FFT.vi例6.15双边傅里叶变换前面板前面板程序框图程序框图频率间隔与采频率间隔与采样频率和采样样频率和采样
29、点数的关系点数的关系例6.16单边傅里叶变换前面板前面板程序框图程序框图6.4.2频谱分析n频频谱谱分分析析是是指指把把时时间间域域的的各各种种动动态态信信号号通通过过傅里叶变换转换到频率域进行分析。傅里叶变换转换到频率域进行分析。n频谱分析中应注意的问题频谱分析中应注意的问题（产生的原因和避免的方法）（产生的原因和避免的方法）（1 1）频谱混叠）频谱混叠 （2 2）泄漏效应和栅栏效应）泄漏效应和栅栏效应频谱分析前面板前面板程序框图程序框图例例6.17 6.17 使用使用Amplitude and Phase Spectrum.viAmplitude and Phase Spectrum.vi
30、进进行频谱分析行频谱分析功率谱例例6.18 6.18 使用使用Auto Power Spectrum.viAuto Power Spectrum.vi进行自功率谱分进行自功率谱分析析前面板前面板程序框图程序框图6.4.3频率响应分析n频频率率响响应应表表述述了了一一个个测测试试系系统统输输入入和和输输出出的的频频域域关关系系，它它是是描描述述测测试试系系统统频频域域动动态态特特性性的重要关系。的重要关系。常常用其模常常用其模 和相位角和相位角 来表示，称为测试系统的来表示，称为测试系统的幅频特性和相频特性。幅频特性和相频特性。例6.19求频率响应的幅频特性与相频特性前面板前面板程序框图程序框图
31、6.4.4谐波分析n谐谐波波和和基基波波是是一一个个相相对对的的概概念念，它它是是一一个个周周期期电电气气量量中中的的正正弦弦波波分分量量，其其频频率率为为基基波波频频率率的的整整数数倍倍，由由于于谐谐波波的的频频率率是是基基波波频频率率的的整整数数倍倍，也也常常称称为为高高次次谐谐波波。在在频频域域分分析析中中以以电电压压为为例例，将将畸畸变变的的周周期期性电压分解成傅里叶级数性电压分解成傅里叶级数畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度用畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度用总谐波畸变量总谐波畸变量THDTHD（Total Harmonic DistortionTotal Harmonic
32、 Distortion）表示表示例6.20谐波分析前面板前面板程序框图程序框图6.5数字滤波器n数数字字滤滤波波器器即即是是以以数数值值计计算算的的方方法法来来实实现现对对离离散散化化信信号号的的处处理理，以以减减少少干干扰扰信信号号在在有有用用信信号号中中所所占占的的比比例例，从从而而改改变变信信号号的的质质量量，达到滤波或加工信号的目的。达到滤波或加工信号的目的。n数字滤波器分为数字滤波器分为 无限冲激响应滤波器无限冲激响应滤波器IIRIIR 有限冲激响应滤波器有限冲激响应滤波器FIRFIR 特点：精度高、稳定性好、灵活性强、处理功特点：精度高、稳定性好、灵活性强、处理功 能强能强 调用数
33、字滤波器子程序应注意的问题n滤滤波波器器类类型型选选择择:在在低低通通、高高通通、带带通通或或带带阻阻滤滤波波器中选择一个类型。器中选择一个类型。n截截止止频频率率确确定定:对对低低通通 只只需需确确定定上上截截止止频频率率，高高通通滤滤波波器器只只需需确确定定下下截截止止频频率率，对对带带通通及及带带阻阻滤滤波波器器应确定上、下限截止频率。应确定上、下限截止频率。n采样频率设定采样频率设定n滤滤波波器器的的阶阶数数:滤滤波波器器阶阶数数越越高高，其其幅幅频频特特性性曲曲线线过渡带衰减越快过渡带衰减越快 n纹波幅度纹波幅度 窗函数LabVIEW8.2LabVIEW8.2在在【窗窗】子选板中提供
34、了子选板中提供了2020种窗函数，包括种窗函数，包括矩形窗、汉宁窗、矩形窗、汉宁窗、海明窗等海明窗等数字滤波器应用举例例例6.21 使用巴特沃斯滤波器提出正弦信号使用巴特沃斯滤波器提出正弦信号前面板前面板数字滤波器应用举例程序框图程序框图例6.22信号分离前面板前面板程序框图程序框图6.6曲线拟合n概述概述 相关物理量近似函数表达式描述相关物理量近似函数表达式描述 y=f(x，a，b，)曲线拟合的目的：是找出一系列参数的最佳估值，通过这曲线拟合的目的：是找出一系列参数的最佳估值，通过这些最佳参数，可使拟合曲线与实际数据之间的误差为最小。些最佳参数，可使拟合曲线与实际数据之间的误差为最小。曲线拟
35、合的算法称为最小平方法。误差被定义为：曲线拟合的算法称为最小平方法。误差被定义为：e(a)=f(x,a)-y(x)2 令令 a=a0,a1 y(x)是实测数据，是实测数据，f(x，a)是由一组实验数据估计出来的回是由一组实验数据估计出来的回归方程式，归方程式，a 是使误差平方和为最小的最佳系数或参数。是使误差平方和为最小的最佳系数或参数。离散系统离散系统：f表示拟合数据，表示拟合数据，y表示实测数据，表示实测数据，n表示采样点数。表示采样点数。6.6.1 LabVIEW的曲线拟合函数的曲线拟合函数6.6.2曲线拟合举例例例6.23 线性拟合线性拟合 线性拟合算法公式线性拟合算法公式 a0a0是
36、截距，是截距，a1a1是斜率是斜率例6.24多项式拟合n要要求求使使用用General General Polynomial Polynomial Fit.viFit.vi对对热热电电偶偶测测温温系系统统测测得得的的一一组组实实验验数数据据进进行行多多项项式式拟拟合合，计计算算出出多多项项式式拟拟合合曲曲线线的的系系数数和和对对应应于于输输入入温温度度值值的的拟拟合合值。值。n热电偶测温系统的实验数据如下：热电偶测温系统的实验数据如下：n输输入入温温度度（C C）：0 0，5050，100100，150150，200200，250250，300300，350350，400400，450450，500500，550550，600600，650650，700700，750750，800800。n热热电电势势（mV）：0.00，3.35，6.96，10.69，14.66，18.76，22.90，27.15，31.48，35.81，40.15，44.05，49.01，53.39，57.74，62.06，66.36。多项式拟合VI的前面板和程序框图选选择择拟拟合合阶阶数数为为2 2，多多项项式式关关系系为为本章结束本章结束Thank You!