基于labview的ns级陡波信号采集与处理系统的设计 - 图文(2)

河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要

匀白噪声波形、高斯白噪声波形、周期性随机噪声、Gamna噪声波形、反幂律噪声波形、二项分布的噪声波形、贝努利（Bernoulli）噪声波形和MLS序列噪声波形。考虑到本设计的特殊性选择高斯白噪声和Gamma噪声来叠加到正弦波形中以尽量接近实际的测量信号。

对于信号的处理部分其中又有两个小环节一个是滤波环节，另一个是信号的时域和频域处理分析。滤波环节针对的是使波形更加的合理化光华程度更合适去除更多的毛刺来也就是滤去多余的不需要的波形成分；在时域和频域环节中设计的主要是波形数据的分析和处理，从而将所需要得到的参数显示到前面板中。至于各部分所用到的相应具体滤波和数据处理函数在后续章节都将有详细阐述。

1.3 设计内容

由于此设计是在labview8.20中文版软件的运行平台下完成的，至此有以下几点重要的目标是要达到的： 1) 前面版的波形和参数显示与保存 2) 滤波程序部分的较恰当编制

3) 对于由波形和数据主导的子VI创建以备查询

除此之外，还要有波形打印以及相应的被调用功能，这些都是本设计比较基础的目标，这些目标都是为了对于波形的监测和处理后能够为后续的设备保护提供较恰当的参数设置以供可以达到比较合理的电力设备保护，同时也可以为设备维修人员保存数据做以比较然后选择对应的操作。在设计中这些目标的完成是有着重要的意义和不一般的用途，所以设计应力求做到以上几点。

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第二章 系统结构组成及原理

本设计由于是在labview8.20中文版的运行环境下完成的，而labview8.20中文版的任何一个设计都有前面板和程序框图部分，所以设计要在软件前面板上放置有波形和参数显示的部分然后在程序框图中编制信号发生、采集部分，然后再有滤波程序，最后进行波形的处理得到所需的参数。其中前面板部分还要有基于波形和数据参数的子VI设计，至此即按照本整体构思来完成设计过程。如下是 设计整体思路框图：

信号发生 波形处 波形及数据显示 理

图 2.1 ２．１ 信号发生源组成及功能原理

一个信号的产生在labview中是相当简单的因为软件中拥有相当强大的函数发生库比如各种波形的发生函数器像正弦，三角、锯齿、脉冲、方波等，同时还有为了接近逼真而特意制造的噪声波形发生器：高斯白、gamma噪声、均匀白、贝努利等。各种函数节点可以在对应的条件下完成各自的波形产生功能。

2.1.1信号发生源的组成

本设计是基于labview8.20的ns级陡波信号采集与处理系统的设计，所以考虑采用以Sinc和高斯单脉冲为基础波形同时以高斯白噪声波形和Gamma噪声波形为干扰波来进行信号的混合叠加产生，这样做的目地就是想达到更加接近真实环境下的波形发生情况进而可以为后续的设备选择保护提供更加真实的数据。当然这几种波形的叠加会对以后的波形处理有些许的误差，但是误差是可以考虑允许的，毕竟真实环境条件下的波形是有误差的有时或许这些误差会成为主要成分，但是本设计会稍微避开这些影响，基于这点考虑所以本设计暂采用如上介绍的这种方法。

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2.1.2 信号发生源的结构

前面介绍的各种波形发生函数节点，在程序框图的节点显示为

2.2 波形显示部分的选择设计

当信号产生后要有波形的显示部分来达到显示处理后的波形和数据参数以备实时的观察和调整，在labview的软件中有相应的波形图显示控件满足要求。如下图所示，

这里是前面板的波形图表控件部分

这是对应的程序框图的波形显示程序节点，如下图示

在这波形图表上即可以实现波形和数据参数的显示就相当于硬件的示波器显示屏部分。为了实现波形处理前后的比较，设计了前面板两个波形图表控件来达到要求。

对于子VI的显示部分有基于前面板的设计，在子VI中只有保存好设计的前面板其对应的显示就会完成。当然其中的波形数据参数也会自动的显示出来。

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2.3 波形数据处理部分的思路设计

对于波形数据的处理在labview软件中有具体的处理函数：获取波形成分、信号的时域分析、信号的频域分析、信号的滤波。而其中信号的时域和频域分析中又分别有各自的波形处理函数基本平均直流-均方根节点、平均直流-均方根节点、瞬态特性测量、脉冲测量、幅值和电平、提取单频信息、提取混合单频信息、FFT功率谱的计算、FFT功率谱密度的、FFT频谱（幅值-相位）、交叉谱（幅度-相位）。信号滤波环节又有Butterworth滤波器、Chebyshev滤波器、反Chebyshev滤波器、椭圆滤波器、贝塞尔滤波器、中值滤波器等好多个滤波器节点函数。在本设计中要用到时域和频域分析节点如下：

波峰检测 瞬态特性测量 提取单频信息节点 幅值测量 而其中涉及到的滤波器为如下两种：

贝塞尔滤波器和Butterworth滤波器，这两种滤波器的各个节点如下为

Butterworth滤波器 贝塞尔滤波器

这两种滤波器对波形信号的获取，传输和处理可以较好的实现频率的选择功能，使信号中特定的频率成分通过而同时又可以衰减其他不需要的频率成分。 经过如上的几种波形函数的特殊处理就可以实现对于要求的一些基本数据参数比如频率，相位，幅值还有峰值点，脉冲持续时间等的获取和显示。最后再加上保存操作实现数据的再次调用和查询功能，这些小处理也是必要的，因为这些也是关乎到一个程序的完整运行的必不可少的一部分，所以要考虑比较恰当的处理。

2.4 几种功能实现的具体方法考虑

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虽然本设计是基于labview8.20中文版软件的运行环境下完成的，但是也曾经考虑过要在外部硬件具体线路的连接下实现波形的发生过程同时利用示波器来显示没有处理的波形，由于实验条件的不成立和实现外部通讯端口链接问题的失败所以考虑全部过程在软件平台上实现。在labview8.20软件的运行条件下，去实现前面板波形处理前后的对比设计显示同时在处理后的波形面板上也有波形数据参数——检测基频，幅值，相位，脉冲持续时间等的显示。至于在程序的设计中一些具体节点和函数的连接同时也是需要基于硬件条件的成立下才能完成的。在程序的编制过程中发现有些函数的节点采用是不妥当的比如脉冲测量节点所以后来又采用提取单频信息节点，而虽说本设计是在以高斯单脉冲和Sinc波形信号为基本混合发生波形但是也不可以利用提取混合单频信息节点，因为在实际中发现这个节点显示的是综合处理过后的平均频率值，所以并不可以使用。只采用如上所述的节点有瞬态特性测量、幅值和电平测量、峰值检测、提取单频信息等四个。

对于子VI的设计要在以前面板处理后的波形和数据参数为基础来创建和保存以备后来的调用，但是设计过程中也曾经有过要把未处理的波形也创建一个子VI，可是思考后发现这是没有什么意义的，所以就暂没有进行。

关于本设计几种功能实现的全部思考和最后选择目前就先只有这些了，在以后的深入中当问题出现了再做进一步的分析和优化。

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