虚拟信号频谱分析仪

基于NI的LavVIEW图形实验室虚拟仪器工程平台，提出了一种应用于大学教学的虚拟信号频谱分析仪的设计方法。介绍了虚拟信号频谱分析仪的硬件组成和软件设计思想。
程序流程，并分析设计和实施过程中需要注意的问题。随着计算机技术的飞速发展，使用软件的信号处理技术的应用日益广泛，虚拟仪器的数字信号处理和图像处理软件的功能日益发展。
数字信号处理是指通过数字系统方法处理离散数字序列描述信号的方法。与传统的模拟信号处理方法相比，它具有高稳定性，灵活性，准确性和高精度。
而且动态范围大的信号分析，因此具有明显的优势。数字信号处理方法的应用是虚拟仪器平台测控系统的重要组成部分。
因为NI LabVIEW包含一部分信号分析和处理库。因此，LabVIEW提供的信号分析功能库可用于利用开发的数字示波器实现虚拟信号频谱分析仪的信号处理功能。
信号分析侧重于信号频谱分析和滤波过程。该虚拟频谱分析仪提供高精度频谱分析功能，同时观察输入信号的频域显示。
但是，虚拟频谱分析仪受数据采集卡采样率的限制，其频率范围仅为0到50 kHz。用户可以通过改变采样率和数据长度来选择频率分辨率。
在虚拟频谱分析仪的设计中，基本频率和峰值大小可以由程序直接读出并显示在面板上。用户可以手动调整采样率以及显示屏中X和Y轴的坐标。
为了观察所需的频谱图，操作更直观，更简单。信号频谱分析仪的主要数据处理是对分析信号进行傅里叶变换，然后分析其频谱特征并显示计算结果。
数据采集​​模块使用子VI AI Acquire Waveform.vi控制PCI-1200数据采集卡进行数据采集操作，并对采集的数据进行频谱分析。参数设置模块可以设置的参数主要包括：设备和通道，缓冲区大小，采样点数，触发控制，扫描速率和显示模式。
频谱分析模块由加窗功能模块，功率谱转换模块，功率谱单元转换模块和功率频率峰值检测子模块组成。窗口功能模块窗口功能模块可以通过Scaled Time Domain Windows.vi模板完成。
该模板有两个输入和两个输出。首先，从输入端输入时域信号，然后选择表单类型。
根据实际情况，可以选择8种无窗窗，汉宁窗，汉明窗，布莱克曼窗，平顶窗等，最后输出。窗口化时域信号，可减少由窗口效应引起的纹波效应和泄漏。
功率谱转换模块功率谱转换模块由Auto Power Spectrum.vi模板实现。该模块有四个端口，分别是时域信号输入，时域间隔dt输入，频域信号输出，频率。
域间隔d是输出。该模块的功能是实现信号从时域到频域的转换。
功率谱单位转换模块功率谱单位转换模块由Spectrum Unit Conversion.vi模板实现，该模板具有7个输入和2个输出。输入可选择频谱类型，可选择功率谱，幅度谱和增益。
对数/线性选择类型包括：线性，dB，dBm。输出显示单元选择可选单元是：有效值，峰 - 峰值，有效值的平方，峰 - 峰值的平方等。
输出是输出频谱和输出频谱单位。频率峰值检测子模块频率峰值检测子模块的功能由Power＆amp; amp; Frequency Estimate.vi模板实现，该模板具有5个输入和2个输出。
输入具有功率谱输入，峰值频率输入，频率间隔，以峰值频率为中心的频率搜索点和窗口常数。输出包括频率峰值输出和频率峰值能量输出。
该模块用于确定频谱的频率峰值和峰值频率点的功率估计。显示模块显示模块可以选择光谱曲线显示或时域信号显示，也可以根据需要线性或对数显示。
谐波峰值点测量模块谐波峰值点测量模块可以读取一次谐波，二次谐波和三次谐波峰值点的频率值和功率值。数据读取存储模块数据读取存储模块的功能是使用LabVIEW中的富文件操作函数库以数据表文件的形式读写实验数据。
频谱分析仪还可以通过在Web上发布HTML文件，使本地或远程计算机浏览到频谱分析仪的程序面板，从而实现系统的远程监控功能。