通信工程毕业设计（论文）基于虚拟仪器实施相位测量仪的设计.doc

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1、 密级:基于虚拟仪器实施相位测量仪的设计Phase Meter Design Based on Virtual Instrument学 院：信息科学与工程学院专业班级：通信工程0803班学 号学生姓名： 指导教师： 年 月毕业设计指导教师审阅意见题目：基于虚拟仪器实施相位测量仪的设计评语：指导教师： （签字） 年 月 日毕业设计评阅教师审阅意见题目： 基于虚拟仪器实施相位测量仪的设计评语：评阅教师： （签字） 年 月 日毕业设计答辩成绩评定专业毕业设计第 答辩委员会于 年 月 日审定了 班级 学生的毕业设计。毕业设计题目： 毕业设计说明书共 页，设计图纸 张。毕业设计答辩委员会意见： 成 绩：

2、 专业毕业设计答辩委员会 主任委员 （签字）摘 要 测量相位的方法很多，大致可以分为模拟方法和数字方法两类：模拟方法是先对多个相位差脉冲进行积分，然后再计算这多个相位差脉冲的宽度，再取平均值求相位，这种方法精度高，但是电路复杂；数字方法是直接用计数脉冲对相位差脉冲进行填充，然后计算计数脉冲的个数，根据计数脉冲的个数求相位差。由于数字方法需要高频的计数脉冲，而一般的计数器的工作频率有一定的限制，计数脉冲的频率不可能很高，因此测量精度会受到限制，而且随着被测信号频率的提高。精度会进一步的下降。近年来随着高速数据采集卡和虚拟仪器技术的不断发展，采用软件来代替硬件电路进行相位的测量成为可能。利用计算机

3、和高速采集卡进行相位侧链不仅具有更大的灵活性，而且采用虚拟仪器技术可以有效地避免测量过程中由于温漂、噪音及干扰信号的影响，从而使结果更加准确。传统测量仪器功能单一，多功能虚拟仪器是现代仪器技术的发展方向。利用Labview设计一种利用虚拟相关法测量相位差计的虚拟仪器，该仪器以测量两个同频正弦波的相位差为基本功能，具备了测量信号频率，显示信号波形、相位差和产生标准信号等功能，体现了虚拟仪器高集成度，一机多用的特点。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LABVIEW图形化开发工具用

4、于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。本题目属于应用类，设计主要内容利用互相关分析法实现相位差检测，在虚拟仪器设计平台上仿真实现，结合原理和公式进行数据计算分析，充分利用了LABVIEW的性能。关键词：相关法；相位差；虚拟仪器；LABVIEWAbstractThere are a lot of methods for measuring phase. Can be roug

5、hly divided into two kinds of simulation method and digital method：The simulation method is first to multiple phase difference pulse points will be given. And then calculate the pulse width of the multiple phase difference. Take again for average phase but the circuit complexity; the digital method

6、is the direct use of count pulse to pulse phase difference filling. And then calculate the number of counting pulses. According to count the number of the phase pulses difference. Due to the high frequency of the digital method .And the general counter the working frequency of to have certain restri

7、ction. Count the frequency of the pulse can not be very high. So the measurement accuracy could be limited. In recent years with high-speed data acquisition card and virtual instrument technology continues to evolve. Accuracy will further decline. In recent years, with high speed data acquisition ca

8、rd and the development of the virtual instrument technology. The software instead of hardware circuit phase measurement possible. Using a computer and high-speed data acquisition card for phase side chain has not only more flexibility. And with the virtual instrument technology can effectively avoid

9、 measurement process temperature drift due to the influence of the noise and the disturbance signal. And make the result more accurate. Traditional measuring instruments function of a single. Multifunctional virtual instrument is the development direction of modern instrument technology. Using Lab v

10、iew to design a virtual method to measure the phase difference meter, virtual instruments the instrument to measure the two basic functions of the same functions of the same frequency of the sine wave phase difference .With the measured signal frequency. Display the signal waveform, phase and produc

11、e stance standard signal functions. Reflects the high level of integration of virtual instruments. One machine with multiple functions. The virtual instrument technology is the use of high-performance modular hardware, combined with efficient and flexible software to complete a variety of test, meas

12、urement and automation applications. Since the 1986 years since the advent.All countries in the world of the engineers and scientists would have the NI LABVIEW graphical development tools used for product design cycle every section. Thereby improving produce quality, shorten product time to market a

13、nd improve product development and production efficiency. Use integrated virtual instrument of environment and the real world of the signal is linked together, analysis of data in order to obtain useful information, share information results. Help to improve production efficiency in a wide range. Th

14、e virtual instrument provides a variety of tools able to meet any project need. This topic of belongs to the application. Design using cross-correlation analysis to achieve the phase difference detection. In the simulation platform virtual instrument design, combined with the principles and formulas

15、 for data calculation and analysis. Take full advantage of the performance of the LABVIEW.Keywords: Correlation; Phase difference; the virtual instrument; Labview目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 引言11.2 研究目标21.3 工作内容21.4 论文结构21.5 相位测量仪的概述31.5.1 相位的定义31.5.2 相位差的定义31.5.3 相位测量方法及发展3现代相位测量技术的发展可以分为三个阶段31.5.4

16、 相位差测量仪的应用41.6 电子测量原理41.6.1 电子技术的发展状况51.6.2 电子测量仪器的发展6第2章 虚拟仪器及Labview基础82.1 虚拟仪器概述82.1.1 定义82.1.2 比较与差异82.1.3 虚拟仪器对电子测量的影响92.2 Labview 概述102.2.1 Labview软件简介102.2.2 Labview概述102.2.3 Labview的应用11第3章 相位测量方法及原理123.1 相关法123.1.1相关法测量相位差的原理123.1.2相关法测量相位差的误差133.2 过零点法143.2.1过零法测量原理143.2.2 过零法测量的误差153.3 FF

17、T频谱分析法原理15第4章 相位差计设计164.1 设计要求164.2相关法164.2.1 相关法相位设计程序主流程图164.2.2 Labview平台下软件的实现174.2.3 子模块设计204.2.4 相位差计设计测试结果214.2.5 小结244.3 过零点法254.3.1 过零点法的设计框图254.3.2 过零点法前面板264.3.3 子模块(VI)设计264.3.4 相位差计设计测试结果274.4 综合分过零点发与虚拟相关法31第5章 总结与展望32致 谢33参考文献34第1章 绪 论1.1 引言 随着科学技术的发展，相位测量技术的应用已深入到许多领域和部门。如：电力部门、机械部门、

18、航天航空、地质勘测、海底资源等领域。近年来随着科学技术的飞跃发展，又提出了动态相位测量技术以及断续信号相位测量的新技术课题。将相位测量技术、激光光纤技术与微机技术结合是实现精密测量的重要方法。如：微厚度的精密测量，微震动的精密测量等。把相位测量技术与微波技术结合起来，可以精密测量物质的含水量且与被测物的密度无关。动态相位测量技术与断续信号相位测量技术已经用于海洋生物和海底资源的探测。也可以用于其他领域。随着科学技术的发展，相位测量技术与其他新技术的结合将有着广泛的应用前景。专门用来测量两个同频率信号的相位差的仪表称为相位计从低频、音频、射频到微波段均有相应的仪器。广泛应用于国防、科研、学校、厂

19、矿。随着微机技术的发展，智能相位仪器也在不断涌现。随着科学的发展，相位测量也在不断的发展和完善。相位测量的方法有多种多样，本文是基于虚拟仪器的情况下进行相位测量的设计以及检测。虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，

20、以及出色的集成这四大优势。信号的相位差测量在电工技术，工业自动化，智能控制，通讯及电子技术等许多领域都有着广泛的应用。传统电子模拟式相位差测量采用乘法器法，二极管鉴相法等，需要完成对应的硬件电路。电路的温漂，噪声级干扰信号，都会导致测量结果产生误差。因此，传统的相位差检测方法正逐渐被软件测量方法所替代，通过软件算法来消除温漂、噪声及干扰信号的影响，使测量结果更加精确。1.2 研究目标基于Labview开发平台设计出一种相位测量仪，从而实现测量两个信号的相位差的测量并校验测量结果，它的特点比传统的单一相位测量仪多出显示信号的波形，幅度等功能，从而更直观简洁的现实测量结果。1.3 工作内容基于上述

21、研究目标本人在整个设计过程中所做的工作有（1）查阅资料了解相位、相位差的概念及意义；（2）查阅资料了解相位测量的方法；（3）查阅资料并初步撰写开题报告；（4）进行外文翻译工作；（5）查阅资料学习labview软件；（6）选择并学习测量相位差的方法，相关法和过零点法；（7）设计系统程序，进行前面板的设计；（8）系统功能分析，完成后面板的模块的选取并进行组建；（9）进行系统功能模块的划分，测量仪器，实现模块功能；（10）完成总模块的功能并进行检验；（11）对系统进行调试；1.4 论文结构第一章为绪论，主要介绍各个原理的基础，概念，定义以及应用与所用到软件labview的简介概述以及应用。第二章具体

22、的介绍了测量相位差的原理。三种方法，相关法、过零点发与，FFT频谱分析法。第三章具体的介绍相位差的具体设计方法，原理框图，实现后的测试与调试，与具体的测试图。第四章总结了此设计的不足与优点。1.5 相位测量仪的概述1.5.1 相位的定义 相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。交流电的大小和方向是随时间变化的。比如正弦交流电流，它的公式是i=Isin2ft。i是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率，t是时间。随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负的最大值变到零。在三角函数中2ft相当于角度，它反映了交流电任何时刻所处的状态，是

23、在增大还是在减小，是正的还是负的等等。因此把2ft叫做相位，或者叫做相。1.5.2 相位差的定义相位差：两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫相差。这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差，如果电路是纯电阻，那么交流电压和交流电流的相位差等于零，也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压达到最大值时，交流电流也将达到最大值。这种情况叫做同相位，或者叫做同相。如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的

24、，或者电压超前于电流，或者是电流超前于电压。加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压，这两者的相位差正好等于180，这种情况叫做反相位，或者叫做反相。1.5.3 相位测量方法及发展 现代相位测量技术的发展可以分为三个阶段 第一阶段是在早起采用的李沙育法、阻抗法、和差法、三电压法，这些测量方法通常采用比对法和平衡法，虽然方法简单，但是测量精度不较低； 第二阶段是利用数字专用电路、微处理器等来构成测试系统，使测量精度得以大大提高； 第三个阶段是充分利用计算机及智能化测量技术，从而大大简化设计程序，增强功能，使得响应的产品精度更高、功能更全。同时，各种新的算法、测量手段和新的设计方法

25、及器件也随之出现。 目前，国内外提出了许多改进的高精度相位测量方法，主要包括：（1）用专用数字处理芯片，利用正余弦表格及傅立叶变化方法来计算相位差，可大大提高测量精度。（2）采用新器件及设计方法提高相位测量精度及展宽工作频率范围。（3）采用新的算法来实现相位测量。（4）采用高精度相位测量设备，通过相位输出信号，利用桥路与输入信号相位进行比较，从而测量出相位。1.5.4 相位差测量仪的应用信号的相位差测量仪在电工技术，工业自动化，智能控制，通讯及电子技术等许多领域都有着广泛的应用，随着计算机和软硬件的日益发展。在测试系统中越来越得到广泛的应用，比如在实际工作中，常常会遇到两列频率相同的信号之间存

26、在相位差，那么就需要测量他们之间的相位差，电力系统中电网并网合闸时，要求两电网的电信号之间的相位相同，这时要精确测量两列工频信号之间的相位差。相位差测量在动态测试，如振动和噪声控制、传感器的校准，以及超声测距和成像等领域越来越重要。1.6 电子测量原理测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中常借助一些专门的设备，即测量仪器，把被测量对象直接或间接地与同类已知单位进行比较取得数值和单位共同表示的测量结果。测量是揭示客观世界规律，用数字语言描述周围世界。进而改造世界的重要手段。现代科学技术、生产和国防的重要特点之一，就是要进行大量的观测和统计。提高测量水平，降低测量成本，减少测量

27、误差，提高测量效率，对国民经济各个领域都是至关重要的。因此，测量手段的现代化，已被公认为是科学技术和生产现代化的重要条件和明显标志。1.6.1 电子技术的发展状况从侠义上讲，电子测量是在电子学中测量有关的量值，通常包括以下几个方面：电量的测量，如电流、电压、功率、电能等；信号特征性及所受干扰的测量，如信号波形、失真度、频率、相位、信/噪比等；元件和电路参数的测量，如电阻、电感、电容、电路频率响应、通带宽度、相位移等。随着科学技术的发展，对许多物理量，如距离、重量、速度、温度等，使用传统测量方法已经不能满足现代化科学研究和生产的需要。因此都将它们设法通过一定的传感器变换成电信号，然后利用一整套比

28、较成熟的电子学方法来进行测量。这也就是使得电子测量技术在很多领域得到了应用，在现代科学技术中具有不可代替的重要作用。电子测量与其他测量相比，具有一下几个明显的特点：（1） 测量频率范围极宽低端除了测量直流外还可以测低至Hz，高端可至100GHz左右（某些领域甚至更高）。电子测量能工作在这样宽的频率范围，因此它的应用范围很广泛。但也由于频率范围宽，在不同的频段测量所依据的原理、采用的方法、使用的元器件等可能相差很远，通常把被测量电量或供给同一电量的仪器分为不同的频段。例如超低频信号发生器、音频信号发生器、高频信号发生器等等。当然这给使用带来很多不便。近年来研制了很多宽频带设备，使一台仪器能在很宽

29、的频率范围内工作。（2） 量程很广由于所测量电量的大小相差极大，要求测量仪器的量程也极宽。同一台电子测量仪器，经常能做到量程很宽。例如一台高灵敏的数字电压表，可以测出10纳伏至14千伏的电压，量程达11个数量级。电子计数器的量程更宽，其频率范围可达17个数量级。量程宽正是电子测量仪器的突出优点。（3） 测准确度高电子仪器的准确度通常可比其他测量仪器高很多。特别是对频率和时间的测量，由于采用了原子频标和原子秒作为基准，是误差减小级。人们常常把其他参数转换成频率在进行测量，以提高测量的准去程度。子测量准确度高真是它现代科技领域得到广泛应用的重要原因之一。（4） 测量速度快电子测量是由于是通过电子运

30、动和电磁波的传播来进行工作的，因此具有其他测量方法通常无法类比的高速度。这也是它被广泛应用的一个重要原因。随着科学技术的发展，对测量过程和测量数据处理的速度都提出了越来越高的要求。因此，不断提高测量速度也是电子测量发展的一个重要方向。（5） 易于实现遥测和长期不间断测量由于可以把电子测量仪器或与它连接的传感器放到人类不便长期停留或无法达到的地区进行遥测，而且可以在被测对象正常工作的情况下进行现场测量，这就扩大了人类用测量的方法定量的认识世界的范围。（6） 易于利用计算机，形成电子测量与计算机技术的紧密结合这个特点决定了电子测量技术可以成为当今测量技术的主流。由于电子测量的测量结果和它所需求的控

31、制信号都是电信号，这样非常有利于直接或间接通过A/D，D/A变化与计算机连接。电子测量和计算机技术的紧密结合，特别是从70年代以来，超大规模集成电路和微处理机的出现，更使电子测量领域发生了重大的变化。现在随着计算机功能的不断提高和成本的不断降低，就可以在不增加仪器体积和不明显增加成本的情况下，使仪器的性能发生很大的飞跃，是它具有高性能、更多功能、智能的特点。例如在测量中能够实现控制、遥控、自动调节、自动校准、自动诊断故障甚至自动修复，对测量结果可以进行自动记录，自动完成数据的运算、分析和处理。测量的速度和准确度也有很大的提高。由于具有以上一系列特点，电子测量技术被广泛应用于自然科学的一切领域。

32、大到天文观测、宇宙航天，小到物质结构、基本粒子；从复杂深奥的生命、细胞、遗传问题到日常的工农业生产、医学、商业各部门，越来越多的采用了电子测量技术和设备。1.6.2 电子测量仪器的发展根据电子测量仪器所采用技术的先进程度，可以讲其分为三代产品，即模拟式仪器、数字式仪器及智能仪器。第一代测量仪器是模拟式仪器，这种仪器仪表至今仍在各个场合被广泛使用着。大量的指针式电压表，电流表、功率计以及模拟示波器，扫描仪等一些通用测试仪器，均是典型的模拟式仪器仪表。这类仪器仪表显示部分的几本结构是电磁式结构，它利用电磁测量原理，通过指针的移动或电子束的便宜来显示最终测量结果。它们的特点是结构简单，成本较低，易于

33、维护，适合于对精度要求不高的场所。第二代测量仪器的数字式仪器，它具有远较模拟式仪器为高的测量精度与响应速度。这类仪器仪表的几本原理在于将待测的模拟信号转化为数字信号进行测量，如数字式万用表，频率计等。今天数字化仪器仪表的增长速度已远远超过了模拟式仪器仪表。第三代的测量仪器成为智能仪器。这类仪器仪表大致可分为两类，一类内含微处理器，被称为“内含微处理”或“微机化”仪器。另一类，仪器本身与微型机在硬件结构上是分开的，但仪器由微型机控制进行数据采集和处理，这类仪器应属于智能仪器的范畴仪器。智能仪器以微电子器件代替常规电子线路，以微处理器为核心，具有信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能，甚至具有

34、辅助专家进行推断分析决策的能力。现代竞争要求测试系统有更短的开发周期、更低的成本和更高的质量，因此自动化测试、测量在各科研单位、各公司企业内越来越受关注，电子测试已经不仅局限于对获取某些物理量，而要求将很多测量仪器组合起来，构成适用于某一特定目的的专用系统。而目前仍很普遍使用的第一、二代测量仪器具有功能单一，彼此不兼容，不能共享硬件和软件组织，不能将所得到的测量结果在计算机中进行微处理的缺点。这使得组建测试系统的成本很高，而开发、研究的效率却难以提高。与此相对，基于计算机技术的智能仪器能够有效的降低测试、测量系统的成本，共享测试系统的硬件和软件，提高开发效率，成为测试系统与测量仪器的发展方向。

35、第2章 虚拟仪器及Labview基础2.1 虚拟仪器概述2.1.1 定义虚拟仪器是指在通用计算机上添加一层软件或必要的仪器硬件模块，使用户操作这台通用计算机就像操作自己专门设计的传统电子仪器一样。虚拟仪器技术强调软件的使用，提出了“软件就是仪器”的概念，这个概念克服了传统仪器的功能在制造时就被限定而不能变动的缺陷，摆脱了由传统硬件构成一件软件仪器在连成系统的模式，而变为由用户根据自己的需要通过编制不同的测试软件来组合构成各种虚拟仪器，其中许多功能直接就由软件来实现，打破了仪器功能只能由厂家定义，用户无法改变的模式，虚拟仪器还可以很快的跟上计算机的发展，升级重建自己的功能。这尤其适合科研与生产制

36、造部门。2.1.2 比较与差异考察任何一台传统的只能仪器，都可以将其分解成以下三个部分：（1） 数据的采集：将输入的模拟信号波形进行调理，并经A/D转换成数字信号以待处理。（2） 数据的处理和分析：有微处理器按照功能要求对采集的数据作必要的分析和处理。（3） 储存、显示或输出：将处理后的数据存储、显示或经D/A转换成模拟信号输出。传统只能仪器是有厂家将上述二种功能的部件根据仪器功能按固定的方式组建，一般一种仪器只能有一种功能或数种功能。而虚拟仪器是将具有上述一种或多种功能的通用模块组合起来，通过编制不同的测试软件来构成任何一种仪器，而不是某几种仪器。例如激励信号可以由微机产生数字信号，再经D/

37、A变化产生所需求的各种模拟信号，这相当于一台任意波形发生器。大量的测试功能都可以通过被测信号的采样，A/D变换成数字信号，在经过处理即可，或者直接用数字显示而形成数字电压表类仪器，或者图形显示而成示波器类仪器，或者再对数据进一步分析即可形成频谱分析仪类仪器。其中，数据分析与处理以及显示等功能可以直接由软件完成。这样就摆脱由传统硬件构成一件件仪器然后在连成系统的模式，而变成由计算机、A/D及D/A等带共性硬件资源和应用软件共同组成的虚拟仪器系统新的概念。许多厂家目前已研制出了许多种用于构建虚拟仪器数据采集卡。一块卡可以完成A/D及D/A转换、数字输入输出、计数器/定时器等多种功能，在配以相应的信

38、号调理电路组件，即可构成能生成各种虚拟仪器的硬件平台。总之，虚拟仪器与传统仪器最大的不同之处，就在于应用的灵活性上。虚拟仪器是用户自己定义的，用户可以将各种计算机平台、硬件、软件和附备件结合起来，组装成所需要的应用设备。而一般由生产厂商所定义的，具有固定功能的单个设备，例如电压表、示波器和数据记录等，则不具有这样的灵活性。因此利用虚拟仪器来取代传统仪器之后，用户将大大受益。2.1.3 虚拟仪器对电子测量的影响由于虚拟仪器的特点，将使它在电子测量领域得到广泛的应用：在功能配置上，表现出了更高的灵活性。改变了过去传统仪器只能完成一种测量的弊病，集合多种仪器功能于一体，使仪器向多功能集成化方向发展。

39、例如，可以在一台虚拟仪器上同时完成信号发生、显示波形、交直流电压/电流测量等功能。虚拟仪器的出现，扩展了电子测量的概念。使得在测量的同时完成了对被测量的分析与处理。随着新技术的发展，许多领域对电子测量提出了更高的要求。例如在通讯领域，对新到的测量是要求在频域进行指标分析。应用虚拟仪器可以在数据采集之后，通过软件进行多种分析处理，完成时/频转换、能谱分析、提取信号特征量等。对被测量还可以进行存储、打印、局部放大等。虚拟仪器在电子测量领域的使用，可以大大降低测量成本，提高仪器的利用率，通过通用硬件平台，调用不同的软件模块，就可以完成多种仪器的测量功能。对于用户而言，开放软件的成本比购买新仪器的成本

40、低廉，并且这种方式也便于仪器的维护和使用，并能缩短仪器的开发周期。2.2 Labview 概述2.2.1 Labview软件简介随着测试技术及大规模集成电路技术的发展，传统的电子测试仪器已从模拟技术向数字技术发展；虚拟仪器的出现给现代测试技术带来了一场革命，从单台仪器向多种功能仪器的组合及系统型发展，从完全由硬件实现仪器功能向软硬结合方向发展，从功能组合向以个人计算机为核心构成通用测试平台、功能模块及软件包形式的自动测试系统发展。同时，随着计算机技术的不断提高，现代自动测试系统正向仪器的自动化、智能化、小型化、网络化和综合化方向发展。所谓虚拟仪器(Virtual Intrument，简称VI)

41、，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，利用虚拟仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板以及相应的功能，人们通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板的上旋钮、开关和按键，去选用仪器功能，设置各种工作参数，启动或停止一台仪器的工作。在计算机软件控制下对输入的信号进行采集、分析、处理、测试量结果(数据、波形)和仪器工作状态都可从虚拟仪器面板上读出。用户在屏幕上通过虚拟仪器面板对仪器的操作如同在真实仪器上的操作一样直观、方便、灵活。2.2.2 Labview概述 Labview是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbenc

42、h)的简称，是美国国家仪器公司(National Instruments，简称NI)的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试是实验室研究核工业自动化领域广泛存在的实际任务。在20世纪80年代初计算机出现之前，几乎所有拥有程控仪器的实验室都采用贵重的仪器控制器来控制测试系统，这些功能单一、价格昂贵的仪器控制器通过一个集成通讯端口来控制总线仪器。后来，随着PC机的出现，工程师和科学家找到了一种通过性能价格比高的通用PC机控制台式仪器的方法，各种基于PC机接口的板卡产品便应运而生。2.2.3 Labview的应用Labvie

43、w在包括航天、通讯、生物医学、电子、地球物理、机械等各个领域内得到广泛的应用，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，从大学实验室到工厂，从探索研究到技术集成，都可以发现应用Labview的成果和开发产品。(1) Labview应用于测试于测量 Labview已成为测试与测量领域的工业标准，通过GPIB、VXI、PLC串行设备和插卡数据采集板可以构成实际的数据采集系统。它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还支持通过Internet、ActiveX、DDE和SQL等交互式通信方式实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂的测试与测量任务变得简单易行。(2) Labview应用于控制

44、控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的Labview自然而然地首先拓展至控制领域。Labview拥有专门用于控制领域的模块-Labviewdsc。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的Labview驱动程序。使用Labview可以非常方便的编制各种控制程序。(3) Labview应用于仿真 Labview包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以现在计算机上用Labview搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用Labview进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致

45、失去实践的机会。第3章 相位测量方法及原理3.1 相关法 随着计算机技术和仪器技术的发展，由硬件电路实现的信号处理功能正逐步由软件替代。虛拟仪器是以软件为核心，由计箅机及必耍的硬件组建起来的测试系统或仪器系统,在计箅机上对虛拟仪器面板的操作与现实中的仪器而板操作一样。用一个简单的公式来描述就是虚拟仪器软件计算机必要的硬件。由于软件是虚拟仪器的关键，在虚拟仪器中，用户可以自已设计或定义新的理论和新的算法来适应不同的测量需求，仪器的功能更加灵活、 强大,且很容易同网络、外设及其它应用连接，可很快更新所设计的仪器，这样不仅价格低，还能减少仪器的研制时间，降低仪器的维护费用。所以有软件就是仪器”的说法

46、。 1986 年美国NI公司首次提出了虛拟仪器的概念,并开发了以此概念为基础的基于C语言的虚拟仪器开发平台Labview/CVI系统。虚拟仪器开发平台Labview/CVI提供了虚拟仪器的编程环境,用它所提供的各种与实际仪表外观几乎一样的控件、指示器等可以很方便地组成用户所需的仪表界而。 由于釆用虚拟仪器技术,传统的由硬件电路实现的相位测量方法有了重大突破，以下的相关法与过零点法具有测里结果准确度髙，抗干扰能力强等优点。3.1.1相关法测量相位差的原理1)根据互相关函数特性求出两信号的初相位两信号的互相关函数不是偶函数，根据其定义可证明，此式说明，互相关函数与两信号的相位差和延时量有关，当时，就只与两信号的相位差有关。基于此可求出，设。式中A，B分别是被测信号的幅值，就是两信号之间的相位差，根据相关函数的定义的估计值为： （3-1）当时，有 （3-2）上式中第2项的积分为零，所以有： （3-3）由此可