基于 LabVIEW的数字滤波器的发展策略

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基于 LabVIEW的数字滤波器的发展策略

 关键词 噪声;数字滤波;LabVIEW软件
  中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)80-0205-02
  0 引言
  由于各种干扰,低压电器产品试验参数总是受到各种噪声信号影响,在对参数进行分析前必须进行消噪处理,保证产品的质量可靠性。最常用的消噪手段是硬件滤波,但存在的问题是硬件器件体积大,而且会使投资成本增加。随着大规模集成电路和电子信息技术的发展,当前工业设计中可以使用计算机软件实现消噪。美国NI公司出品的LabVIEW软件集成了功能强大的数字滤波器模块,消噪可以通过该模块的简单编程进行实现,通过软件消噪可以节省硬件成本。显而易见的,通过LabVIEW进行软滤波进而对低压电器产品的参数信号进行去噪具有十分重要的意义。
  1 低压电器信号存在噪声的原因分析
  电子装置和机械装置结合构成了低压电器产品的测试系统,故该系统复杂度高,会引入噪声,也就是干扰信号。测试现场中噪声信号成形方式有多种,如空间场噪声的侵入,或者沿线路噪声的侵入,电网中浪涌电压通过供电线路是入侵等主要途径;系统接地装置设计不合理也会引入噪声信号;传感器、输入输出线路的制造质量问题也会引入噪声。以空间场方式入侵的噪声信号主要集中在高电压、高频电磁场、大电流等区域,利用电磁感应现象或者静电感应现象等引发电磁脉冲引入,为在混合信号中获得有用信号必须对混合信号进行去噪处理,鉴于滤波技术的过滤频率特性,可以采用滤波处理方式。滤波技术可以按硬件和软件分为两类,由于硬件滤波技术成熟,被应用在当前多数低压电器测试系统中。本文主要利用LabVIEW软件的数字滤波器模块对信号进行去噪处理,获得有用待分析信号,属于软处理方式。
  2 滤波器的分类和数字滤波器的特点分析
  滤波器就是对信号进行频域选择,通过选择对不符合要求的信号频段进行过滤。滤波器按照处理信号的类型分为模拟滤波与数字滤波。输入输出信号的时域连续的信号称为连续信号,对该信号进行滤波的滤波器被称为模拟滤波器。输入输出信号的时间离散信号称为离散信号,对该信号进行滤波的滤波器被称为数字滤波器。本文主要对数字滤波器进行分析。由于数字滤波器只是由乘法器、加法器和延时单元等构成,通过这些模块可以对输入额离散信号进行数字运算处理,进而对信号频谱进行适当修改。数字滤波器按多种分类方法可以分为:线性与非线性、因果与非因果、时变与时不变等。鉴于滤波器的物理可实现性方便和考虑其应用范围的广泛程度,多数滤波器采用线性时不变结构。如果从信号的时域特性对滤波器进行归类,滤波器可以分为无限冲激响应滤波器(即IIR型滤波器)和有限冲激响应滤波器(即FIR型滤波器)。
  数字滤波器的特点有:可通过软件编程进行平台搭建和数据测试;数学运算类型少,只有加和乘;滤波效果不随外界条件变化而漂移;高可靠性、高精度、可控性能优良、集成度较高,在性能方面具有很高的性价比。因而其对测试系统或者图像处理等高精度,高级算量等学科领域具有非常大的可应用性,故其广泛应用在这些领域。
  3 简介LabVIEW软件各滤波模块
  LabVIEW的主要特色是将编程语言进程集成化,将其集成化到图形化的编程界面中,成为图形化编程语言,这就将代码编程过程简化为元器件的添加过程。其核心被称为VI(即Virtual Instrument),也就是该环境种的应用开发程序。它由集成源代码功能的程序框图和后台处理程序构成一个整体的人机交互操作界面。它集成了多种进行仿真运算的函数库还设计开发了一整套模拟环境下的调试和仿真工具。也就是该软件将图形化程序设计中的直观的编程界面,简略的编程代码和高效的开发效率结合在一起。随着软件仿真模拟实际环境下的系统测评技术的飞速发展,图形化的编程语言也随之迅猛发展,测试、控制领域内必将会产生一股向图形化编程语言转变的热潮。
  4 使用LabVIEW对信号进行仿真分析
  LabVIEW的仿真调试功能为其快速发展奠定了基础,该功能可以通过软件对硬件进行仿真模拟,进而对模拟中的实际环境进行干扰信号恩锡。该软件可以提供以下仿真波形如方波、正弦波、锯齿波、三角波、直流波等,还可以为这几种波形添加不同类型的噪声:均匀白噪声,就是生成一个伪随机信号序列,该信号的幅值分布符合均匀分布规律。高斯白噪声,就是生成一个幅值分布方式为高斯分布的伪随机信号序列。周期性随机噪声,生成一个随机噪声序列,该序列具有周期性。二项噪声,生成一个伪随机信号序列,该序列幅值分布符合二项分布。Bernoulli噪声,生成一个只有0和1的转自 第一论文网伪随机信号序列。Gamma噪声,就是生成一个序列均值为1的属于泊松过程中发生阶数次事件的伪随机信号序列。泊松噪声,就是生成一个幅值符合泊松分布的随机信号序列。逆F噪声,生成一个包含连续噪声信号序列,限定频率范围内的该序列的频谱密度与频率成反比。通过确认分析上述模块特性,可以帮助在前期决定测试方案过程中,通过LabVIEW搭建符合现场环境的仿真信号,对信号添加适当的干扰噪声,通过仿真平台进行仿真分析,确定该方案是否可行,可以帮助工程缩短工作周期。
  5 结论
  本文介绍了subFilter软件,其编程简单、直观、开发效率高,在节约开发成本的同时,通过利用仿真实验实现对检测设备研发项目的可执行性分析,进而缩短低电压电器产品在滤波部分的研发时间。通过LabVIEW仿真分析实际环境下的信号参数性能,进而改进降低或者消除低压电器产品中不合理的设计造成的实验参数不精确等问题,为产品质量提供强大的开发保障。当今时期电子计算机技术的飞速发展为低压电器产品的生产设计提供了丰富强大的模拟仿真环境,鉴于LabVIEW的良好仿真特性在设计生产低压电器产品中首先采用LabVIEW对产品进行模拟仿真,可以有效缩短产品开发周期,保证产品开发品质,确保产品质量。
  参考文献
  [1]赵家升,杨显清,杨德强.电磁兼容原理与技术[M].北京:电子工业出版社,2012.
  .北京:电子工业出版社,2008.