Преобразование измерительных систем

Министерство образования РФ

Пензенский  Государственный Университет

Кафедра «Информационно-измерительная  техника»

 

 

 

 

 

 

Разработка  виртуальных приборов в LabVIEW

Реализация  полосового фильтра в LabVIEW

 

 

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

«Проектирование измерительных систем»

ПГУ 200102 –  КР091.02 ПЗ

 

 

 

 

                                                               Выполнила: студентка гр.09ПД1

                                                                                             Арискина Е.В.

                                               Приняла: к.т.н., доцент

                                                                                         Мясникова М.Г.

 

 

 

 

Пенза 2012г.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка соИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 Разраб.

Арискина Е.В.

 

 Пров.

Мясникова М.Г.

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утв.

 

Реферат

Лит.

Листов

46

ПГУ

каф. «ИИТ»

гр.09ПД-1

 

держит 46 страниц, 11 рисунков.

Практическая часть содержит 12 изображений.

Объект исследования курсовой работы – полосовой фильтр.

Цель работы: реализовать модель полосового фильтра в LabVIEW и произвести его спектральный анализ.

В ходе выполнения курсовой работы была собрана схема полосового фильтра и экспериментально проверено изменение спектра сигнала в зависимости от вида фильтра и самого сигнала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 Разраб.

Арискина Е.В.

 

 Пров.

Мясникова М.Г.

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утв.

 

Содержание

Лит.

Листов

46

ПГУ

каф. «ИИТ»

гр.09ПД-1

Содержание

                                                                                                                  с.

Введение……………………………………………………………………….…5

1 Основы анализа электрических сигналов……………………………….…..7

2 Применение ДПФ для фильтров…………………………..…………..……..10

3 Применение программы LabVIEW для реализации фильтров……………..17

4 Реализация модели полосового фильтра в LabVIEW……………………..31

5 Практическая  часть………………………..………………..………………..36

Заключение…………………..………………..……………………..…………43

Список литературы…………………..………..……………………..…………44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 Разраб.

Арискина Е.В.

 

 Пров.

Мясникова М.Г.

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утв.

 

Введение

Лит.

Листов

46

ПГУ

каф. «ИИТ»

гр.09ПД-1

Введение

Методы  и техника обработки сигналов в настоящее время составляют основу важнейших разработок во многих областях научных знаний. В течение  последних лет методы цифровой обработки  сигналов приобрели большую важность ввиду того, что теперь они не только заменяют классические аналоговые методы во многих традиционных областях науки и техники, но и применяются во многих новых областях.

При обработке  сигналов во многих случаях приходится измерять спектры. Спектр сигнала – это распределение энергии сигнала по частотам. Спектр бывает амплитудный и фазовый. Если известна форма сигнала (зависимость от времени), спектр может быть рассчитан при помощи преобразования Фурье. Для периодического сигнала ряд Фурье, для непериодического – интегральное преобразование. Если есть какое-нибудь устройство или линия передач и известны его частотные характеристики, можно, задавая сигнал на входе, получить выходной сигнал. Для этого нужно получить спектр сигнала, затем рассмотреть, как на него воздействуют частотные характеристики устройства и тем самым получить спектр выходного сигнала. Затем обратным преобразованием Фурье получается сам выходной сигнал.

В данной курсовой работе предстоит реализовать  полосовой фильтр с использованием программы создания виртуальных  приборов LabVIEW.

В большинстве  случаев электрический фильтр представляет собой частотно-избирательное устройство. Следовательно, он пропускает сигналы  определенных частот и задерживает  или ослабляет сигналы других частот.

Наиболее  общими типами частотно-избирательных  фильтров являются:

• фильтры нижних частот (которые пропускают низкие частоты и задерживают высокие); 
  

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

фильтры верхних частот (которые пропускают высокие частоты и задерживают низкие);

• полосно–пропускающие фильтры (которые пропускают полосу частот и задерживают те частоты, которые расположены выше или ниже этой полосы);
• полосно–заграждающие фильтры (которые задерживают полосу частот и пропускают частоты, расположенные выше и ниже этой полосы).

Также, фильтры  по своим свойствам разделяют  на типы, наиболее применимые из которых:

• Фильтр Чебышева;
• Инверсный фильтр Чебышева;
• Фильтр Баттерворта;
• Фильтр Бесселя;
• Эллиптический фильтр;
• Медианный фильтр;
• Оконный КИХ-фильтр;
• Инверсный f-фильтр и др.

В последующем, предстоит реализовать виртуальный  полосовой фильтр и следить за изменением выходного спектра, изменяя  тип исходного фильтра и непосредственно  самого сигнала.  

1 Основы  анализа электрических сигналов

Применение методов цифровой обработки  сигналов и, в частности, цифровой фильтрации широко распространено и используется во многих важных областях исследовании, например: обработка речевых сигналов, цифровая телефония и цифровая связь, обработка телевизионных изображений, радио– и гидролокационные системы, биология и медицина, космические системы, исследование земных ресурсов и т.д.

На практике используется множество сигналов, имеющих электрическую природу. При регистрации и оценке таких сигналов сталкиваются со значительным влиянием на конечные результаты помех различного рода, поэтому сигналы нуждаются в обработке.

Из всех методов, испольИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 Разраб.

Арискина Е.В.

 

 Пров.

Мясникова М.Г.

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утв.

 

Основы анализа электрических  сигналов

Лит.

Листов

46

ПГУ

каф. «ИИТ»

гр.09ПД-1

зуемых при цифровой обработке сигналов, наиболее важным является цифровая фильтрация. В прошлом интерес ограничивался теоретическими исследованиями, но последнее время она используется во многих важных практических приложениях для обработки одномерных и двумерных сигналов.

Фильтры – элементы обработки сигналов, которые изменяют спектр входного сигнала. Их можно использовать для следующих приложений:

• уменьшение шума во входном сигнале, если шумовая мощность и мощность сигнала сконцентрированы на различных частотах. Например, можно использовать фильтр-пробку, чтобы уменьшить сетевую наводку 50 Гц в сигнале;
• выделение спектральных составляющих одного сигнала относительно составляющих другого сигнала, основанное на различии по спектру и концентрации составляющих по частоте. Например, можно использовать полосовой фильтр, чтобы извлечь сигнал нужной радиостанции из широкополосного входного радиосигнала; 
  

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

изменение гармонического спектра входного сигнала. Например, можно использовать компенсационный фильтр, чтобы изменить величину и искажение фазы, вызванное передачей сигнала через линейный, инвариантный по времени канал связи.

Чтобы реализовать системы цифровой обработки сигналов, можно использовать арифметику с плавающей запятой или с фиксированной запятой. Хотя разработка фильтра с плавающей запятой обычно проще в процессе проектирования, в то же время реализация фильтра с фиксированной запятой часто приводит к меньшим затратам и более эффективна, чем фильтра с плавающей запятой.

Проекты фильтра с плавающей запятой  являются более приемлемыми в  приложениях, которые работают на настольных компьютерах, а проекты фильтра с фиксированной запятой являются часто более эффективными в специализированных приложениях, в которых важно снизить стоимость или потребляемую мощность.

По своим характеристикам фильтры делятся на несколько групп: фильтры нижних частот, фильтры верхних частот, полосовые и заградительные фильтры, фазовые фильтры и мост Вина.

Полосовой фильтр – это электронный  фильтр, который пропускает частоты, находящиеся в нужном диапазоне, удаляя при этом все остальные  частоты. Также полосовой фильтр может быть представлен в виде линейной системы, состоящей из последовательности фильтров нижних и верхних частот.

К основным характеристикам полосового фильтра относятся: полоса пропускания, коэффициент прямоугольности, ослабление за пределами полосы пропускания, волновое сопротивление и потери в фильтре.

В современной радиоэлектронике массовое применение нашли керамические фильтры, используемые в радиоканалах, видеоусилителях, радиопередающих и приемных устройствах в теле и радиоаппаратуре в качестве полосовых фильтров. 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Идеальные полосовые фильтры характеризуются двумя характеристиками:

• нижняя частота среза ;
• верхняя частота среза .

В свою очередь, реализация полосового фильтра характеризуется шестью характеристиками:

• нижняя граница частоты пропускания ;
• верхняя граница частоты пропускания .
• нижняя граница частоты задержания ;
• верхняя граница частоты задержания ;

а также

• максимальное подавление в полосе пропускания ;
• минимальное подавление в полосе подавления .

Фильтры нижних частот не пропускают сигналы с частотой выше граничной. Фильтры верхних частот, наоборот, пропускают сигналы выше граничной частоты.

 Заграждающие фильтры подавляют сигналы определенного диапазона частот, но в то же время пропускают сигналы с большими и меньшими частотами.

Мост  Вина – пассивный четырёхполюсник на основе двух простейших RC-фильтров высоких и низких частот. Служит для построения автогенераторов, обладающих удовлетворительной стабильностью и диапазоном генерируемых частот, иногда применяется в качестве фильтра.

 

2 Применение ДПФ для фильтровИзм.

Лист

№ докум.