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发信人: dormouse (出征 V 号带飘扬), 信区: Communication
标  题: 利用高级算法加速您的测量
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月20日21:26:42 星期三), 站内信件

利用高级算法加速您的测量
上网时间：2001年01月

过去，如果想加速测试，您一般会去考虑更改或升级硬件。不过现在，随着
labVIEW6i的公布，您的思路可以转变为通过高效的测量分析软件来加速测试进度
。新增加的工具中利用了基于FFT的高级算法-音调信息信号提取和频率响应功能
(FRF)。利用这些新工具，您就可以开发出能大幅增加频率测试的程序了。 

Carsten Thomsen
顾问 

精确的频率确定 

您可以通过各种方法来测量频率。对于一个低噪音频率，通常情况下是利用频率计
数器进行测量。先测量一段期间的时间宽度，然后再利用求倒数计算出它的频率。
一般这种技术只利用零点交叉信息，并且对噪音相当敏感。对于噪音更大的信号，
您可以利用频谱分析仪提取频率，但这种方法受给定时间内的低分辨率频率信号影
响比较大。例如：要在1秒内测量lHz精度的信号。 



如果使用基于FFT的方法进行频率确定，通常会尝试通过补偿相邻两个通道之间的
拖尾现象(谱泄露)而插入更高的精度。在LabVIEW6i中，该技术通过获得专利的精
确频率快速定位技术，被带到了一个新高度上。例如：你可以在不到50毫秒的时间
内，以10位以上的精度，计算频率为1kHz的正弦波。这看来似乎违反了测试时间必
须为期望频率精度倒数的原则，即1兆秒。然而，因为你供给仪器的信号干净而且
稳定，所以这些插入的技术都是合法的。在此先验知识的基础上，你可以利用基于
FFT的成熟技术，不仅可以提取频率，还包括高精度的信号振幅和相位信号。 

频率信号提取算法通过结合FFT频谱分析和高级曲线拟合提供噪音排斥。下面表格
列出了各种信噪比下典型的频率与振幅精度。注意：该算法在信噪比-20dB时，能
提取精度为4位的频率信号；换言之，噪音层信号比要测量的信号高10倍！ 

频率信号提取功能(就目前在LabVIEW6i中的情况)，能自动与各种不同采样率、分
辨率及字块长度的A/D转换器中的数据进行匹配。LabVIEW6i中的新数据波形，使得
用户无需处理各种参数，即能获得这一功能。它也同样应用在新的失真功能中，这
在很大程度上改善了基波与谐波的精确定位。 



这项新功能还有一个好处，就是残余信号输出，它等于输入信号减去已定频率组分
。此信号可以被反馈回LabVIEW的其它功能中，以用做额外分析，例如：可用来查
看临近的相位噪音，这种噪音一般都隐藏在普通频谱分析仪的滤波边缘信号里(模
拟或数字)。 

除了这些算法的灵活性、速度和精度外，这些算法在一般的传统仪器中是找不到的
。而现在，由于PC机的飞速发展，使您得以有机会将这些算法功能应用到自己的测
量系统中。 

频率响应测量 

对于测量过系统增益和相位的工程师来说，FRF是非常熟悉的。典型例子是对设备
进行声学测试的系统，如手机或扬声器。通常情况下，你可以用一个已知的平波扫
描正弦波发生器，再用伏特计测量响应信号。然而，在以下几种不常见的假设前提
下，这种测量方法会产生停顿： 

1、仿真信号是频率的函数(常量),不是随时间而变化的函数。 

2、待测单元(UUT)或测量链不将噪音信号引入到测量中来。 

3、UUT不产生任意失真。 

4、输出信号与输出信号实际无关。 

5、UUT参数在测试过程中不发生变化。 

而通过LabVIEW6i的新功能-频率响应功能，您就能大幅减少这些假设情况为您带来
的危险。LabVIEW中使用的算法是以类似声学和振动的技术规范为基础。迄今为止
，这些技术在其它领域中还不太为人们所知，例如通用电子线路与通讯测试。包括
：UUT中输入和输出间不规则关系。换言之，这项技术只需通过算入每个频率上与
输入信号有关的输入信号，将噪音和失真的影响降到最低。 

这项技术的另一个好处是，与以前使用的传统正弦扫描方法相比，您还可以在很大
程度上提高测量速度，因为您可以使用宽带激励源和LabVIEW 6i中的频率响应功能
VI(虚拟仪器)。(因为VI按比例计算频率响应、增益和相位、频谱中每个频率的输
出和输入，所以宽带激励的使用成为可能)。  

宽带激励通过应用测试信号，如白噪音、啁啾声或包含所有频率的脉冲函数来仿真
UUT。这样，你一下子就能测量出UUT的频率响应，而不像传统的正弦波扫描方法要
分步测试频率-这使测量速度得以加快。完成一步测试比完成一系列测试要快很多
，因为测试时间是由你所要求的频率精度决定的。如：如果要求精度为2Hz,则正弦
扫描法必须在各个频率此精度的倒数处(1/2秒)暂停，以得到正确的测量。而利用
宽带激励，暂停时间保持不变，但只需暂停一次即可。例如：如果频率响应测量需
要200个测量点，则基于FFT的技术就可将测试速度提高200倍。更特别的是，如果
你需要在4kHz范围20Hz的频率精度，以进行电话或手机的声音测试，测量时间可低
至50ms. 

DSP测量分析 

利用LabVIEW6i中的新DSP测量工具进行频率响应和探测，您可以加快测试速度。而
且，随着这个速度的提升，你能够减少生产线上所花费的时间，并将节省下来的时
间运用到其它测试中，如降低噪音或增加频率精度。 

底线很简单-您可以大幅提供测量精度和速度。而利用LabVIEW,这些功能都非常容
易达到。所需的硬件是一块2通道的A/D转换卡和一张低成本的D/A转换卡以用来进
行信号发生。因为发生器产生的错误能被自动减除，所以其精度和稳定性并不关键
。另外，2路输入通道也不需要严格匹配。你既可用同一个宽带信号去测量他们的
相对增益/相位，也可以在下一级测量中对错误进行改正。 

如需更多有关音调监测算法的信息，请访问ni.com/info，进入newsletter寻找。
 

Quote:在大批量产品，例如移动电话，传呼机或电视机的生产中，测试时间的长短
已经变成关键因素。 
 

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