Преобразование измерительных систем

Конечно же, существуют и другие виды цифровых фильтров, и они также представлены в LabWIEV:  

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

18

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Фильтр  Баттерворта (Butterworth Filter.vi)

Тип фильтра (filter type) определяет полосу пропускания фильтра, возможные значения:

• «0» – Lowpass (фильтр нижних частот), по умолчанию;
• «1» – Highpass (фильтр верхних частот);
• «2» – Bandpass (полосовой фильтр);
• «3» – Bandstop (режекторный фильтр).

Частота дискретизации (sampling freq) определяет количество выборок в секунду. Частота дискретизации не может быть меньше 0, значение по умолчанию – 1. 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

19

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Верхняя частота среза (high cutoff freq) используется только для полосовых и режекторных фильтров. Верхняя частота среза должная быть больше нижней, а также отвечать условию Найквиста, значение по умолчанию 0,45. Для фильтров верхних и нижних частот данный вход игнорируется.

Нижняя частота среза (low cuttof freq) используется для всех типов фильтров, по умолчанию равна 0,125.

Порядок фильтра (order) устанавливает порядок фильтра, который обязательно должен быть больше 0. По умолчанию устанавливается второй порядок фильтра.

Вход Сбросить/Продолжить (int/cont) управляет инициализацией внутренних состояний фильтра. Если на входе значение «FALSE» - внутреннее состояние сбрасывается в 0. При установке на этот вход значения «TRUE» - текущее внутреннее состояние фильтра будут равны состояниям, установленным во время предыдущего использования этого VI.

Фильтр  Чебышева (Chebyshev Filter.vi)

Этот  VI имеет такие же входы и выходы, как и фильтр Баттерворта, за исключением входа Пульсации (ripple). На данном входе устанавливается уровень пульсации частотной характеристики фильтра в полосе пропускания. Т.е. можно изменять величину выбросов характеристики в данной области. Значение пульсации должно быть больше нуля и задаваться в дБ, по умолчанию это значение для данного входа равно 0,1.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

20

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Внутренности  Chebyshev Filter.vi отличается от внутренностей Butterworth Filter.vi лишь тем, что вместо Butterworth Coefficients.vi используется Chebyshev Coefficients.vi.  Это же справедливо и для других VI но, естественно, со своими функциями коэффициентов.

Инверсный фильтр Чебышева (Inverse Chebyshev Filter.vi)

Этот  тип VI отличается от обычного тем, что вместо входа Пульсации присутствует вход Затухание (attenuation). При помощи данного входа определяется затухание в полосе заграждения частотной характеристики. Значение затухания должно быть больше нуля и задаваться в дБ, по умолчанию – 60.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

21

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Эллиптический фильтр (Elliptic Filter.vi)

Эллиптический фильтр является своего рода объединением инверсного и обычного фильтров Чебышева. Благодаря входу Пульсации в полосе пропускания (pass-band ripple), можно управлять величиной выбросов в области пропускания, а вход Затухание в полосе заграждения (stopband attenuation) отвечает за ослабление в области заграждения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

22

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Как и в  других фильтрах, значения на входах должны быть больше нуля и задаваться в  дБ.

Фильтр  Бесселя (Bessel Filter.vi)

Особенностью  фильтра Бесселя является то, что  спад его амплитудно-частотной характеристики значительно менее крутой, чем  у других линейных фильтров. А вот  входы этого VI идентичны входам Butterworth Filter.vi:

Рассмотрим  ряд КИХ-фильтров, т.е. с конечной импульсной характеристикой. Это фильтры  с равномерными пульсациями АЧХ (амплитудно-частотная характеристика). Поскольку все они функционируют  по одному и тому же алгоритму Паркса-Мак-Клеллана, в качестве примера можно рассмотреть только один из них, но отличия остальных будут оговорены.

Фильтр  нижних частот с равномерными пульсациями 

(Equi-Ripple LowPass.vi)

Количество  отводов (# of taps). Имеется ввиду количество отводов линии задержки (порядок фильтра). Следовательно, отрицательным это значение быть не может. Чем больше эта величина, тем выше качество подавление помехи. По умолчанию данный параметр равен 32.

Частота пропускания (pass freq). При помощи этого входа определяется полоса пропускания фильтра. значение должно быть больше нуля и отвечать критерию Найквиста. По умолчанию значение этого параметра равно 0,2.

Частота заграждения (stop freq). Этот вход определяет полосу заграждения используемого фильтра. Вводимое значение, должно быть больше значения на входе Частота пропускания (для рассматриваемого фильтра нижних частот). По умолчанию устанавливается 0,3.

Фильтр  верхних частот с равномерными пульсациями

(Equi-Ripple HighPass.vi)

Этот  фильтр отличается от фильтра нижних частот лишь тем, что значение на входе Частота пропускания (по умолчанию 0,3) теперь должно быть больше, чем на входе Частота заграждения (по умолчанию 0,2).

Полосовой фильтр с равномерными пульсациями

(Equi-Ripple BandPass.vi)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

23

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Для полосового фильтра необходимо указывать все  четыре предельных значения частот (два  верхних и два нижних) на частотной  характеристике, причем придерживаясь  следующего соотношения: нижний предел полосы заграждения < нижний предел полосы пропускания < верхний предел полосы пропускания < верхний предел полосы заграждения. А также, это всё должно быть меньше, чем значение частоты дискретизации, деленное пополам (критерий Найквиста).

Значения  входов по умолчанию:

• нижний предел полосы заграждения – 0,2;
• нижний предел полосы пропускания – 0,25;
• верхний предел полосы пропускания – 0,35;
• верхний предел полосы заграждения – 0,4.

Режекторный фильтр с равномерными пульсациями

(Equi-Ripple BandStop.vi)

Этот  фильтр является точным зеркальным отражением полосового фильтра и его второе название – заграждающий.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

24

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Оконный КИХ-фильтр (FIR Windowed Filter.vi)

Вход Параметр окна (window parameter) применим только для нескольких видов фильтров, причем для каждого из них он определяет разные параметры:

• для окна Кайзера – это так называемый бета-параметр;
• для окна Гаусса – это стандартная девиация (максимальное отклонение частоты от среднего значения при частотной модуляции);
• для окна Дольфа-Чебышева – это отношение главного лепестка к боковому;
• для всех остальных типов фильтров рассматриваемый параметр просто игнорируется.

Отводы (taps). Этот вход определяет число КИХ-коэффициентов. Для фильтров верхних частот и режекторных фильтров значение должно быть нечетным. Число КИХ-коэффициентов всегда больше нуля (значение по умолчанию – 25).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

25

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Вход  окно (window) определяет тип используемого окна. Рассмотрим все возможные варианты для этого входа:

0 – прямоугольное  окно (Rectangular) устанавливается по умолчанию;

1 – окно  Хэннинга (Hanning);

2 – окно  Хэмминга (Hamming);

3 – окно  Блэкмана-Харриса (Blackman-Harris);

4 – точное  Блэкмана (Exact Blackman);

5 – окно  Блэкмана (Blackman);

6 – плосковершинное  окно (Flat Top);

7 – четырехзвенное  окно Блэкмана-Харриса (4-Term B-Harris);

8 – семизвенное  окно Блэкмана-Харриса (7-Term B-Harris);

9 – окно с низким уровнем боковых лепестков (Low Sidelobe);

11 – окно  Блэкмана-Нуттала (Blackman Nuttall);

30 – треугольное  окно (Triangle);

60 – окно  Кайзера (Kaiser);

61 – окно  Дольфа-Чебышева (Dolph-Chebyshev);

62 – окно  Гаусса (Gaussian).

Медианный фильтр (Median Filter.vi)

У этого  фильтра мало входов.

Ранг (rank). Устанавливая значения на данном входе, необходимо помнить, что число элементов входного массива должно быть строго больше, чем ранг медианного фильтра, который должен быть больше нуля. Ранг по умолчанию равен 2.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

26

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Рассмотрим  работу этого фильтра на простом  примере:

Запускаем программу  на выполнение и на экране видим  следующие показания:

На осциллограмме  видно, как фильтр справляется с  шумом. Следует учесть, что рассмотренный  фильтр имеет всего-навсего седьмой  ранг. Установив этот параметр на уровне 15–25, можно убедиться, что данный фильтр является достаточно эффективным.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

27

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Инверсный f-фильтр (Inverse f filter.vi)

Сброс (Reset) инициирует пересчет коэффициентов фильтра и сброс его внутреннего состояния в начальное при установке на нем значения «TRUE». По умолчанию, на входе установлено «FALSE».

Показатель (Exponent) определяет степень в выражении для расчета квадрата частотной характеристики фильтра: 1/(f^показатель). По умолчанию значение показателя равно 1.

Спецификация  фильтра (filter specification). Этот вход является кластером; с его помощью задается диапазон рабочих частот и порядок фильтра.

В кластер  входят ранее рассмотренные параметры, новым является только форма их представления. Значения по умолчанию:

• нижняя частота среза – 0,1;
• верхняя частота среза – 100.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

28

ПГУ200102–КР091.02ПЗ

 

ПГУ 1901-КР031.11 ПЗ

Вход Порядок фильтра в данном случае устанавливает количество секций первого порядка. Увеличение этого числа приводит к улучшению формы частотной характеристики фильтра. Платой за это является сложность вычислительных операций.

Частота единичного усиления (unity gain freq) определяет частоту (в рад/сек), при которой идеальный инверсный f-фильтр имеет коэффициент усиления, равный 1. Реальный инверсный фильтр создается попыткой аппроксимации идеального фильтра в диапазоне частот, заданном в спецификации. Следовательно, реальный коэффициент усиления фильтра будет находиться в окрестности единицы.