基于虚拟仪器技术的相位差测量仪的设计

基于虚拟仪器技术的相位差测量仪的设计内容摘要：

序子模板、用户库子模板、应用控制子模板和仪器驱动子模板。 利用这些模板来构成程序框图，从而实现一定的算法。 所有 LABVIEW 的应用功能都是通过这些功能子模板实现的。 图 22 工具模板 图 23 控件模板 图 24 函数模板 数据采集卡介绍 数据采集 (DAQ)，是指从 传感器 和其它待测设备等 模拟 和 数字 被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到 上位机 中进行分析，处理。 数据采集系统 是结合基于 计算机 或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的 测量系统。 数据 采集卡 ，即实现数据采集 (DAQ)功能的 计算机 扩展卡，可以通过 USB、 PXI、 PCI、 PCI Express、火线 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash、 48 23 以太网 、各种 无线网络 等总线接入 个人计算机。 8 数据采集卡的技术参数 （ 1） 通道数：就是 板卡 可以采集几路的信号，分为单端和差分。 常用的有单端 32 路/差分 16 路、单端 16 路 /差分 8路。 （ 2） 采样频率：单位时间采集的数据点数，与 AD 芯片的转换一个点所需时间有关，例如： AD 转换一个点需要 T = 10uS，则其采样频率 f = 1 / T 为 100K，即每秒钟 AD 芯片可以转换 100K 的数据点数。 它用赫兹（ Hz），常有 100K、 250K、 500K、 800K、 1M、 40M等。 （ 3） 缓存的区别及它的作用：主要用来存储 AD 芯片转换后的数据。 有 缓存 可以设置采样频率，没有则不可以。 缓存有 RAM 和 FIFO 两种 :FIFO 应用在数据 采集卡 上，主要用来存储 AD 芯片转换后的数据。 做数据缓冲， 存储量 不大，速度快 ,RAM 是 随机存取内存 的简称。 一般用于高速 采集卡 ， 存储量 大，速度较慢。 （ 4） 分辨率： 采样数据 最低位所代表的 模拟 量的值，常有 12 位、 14 位、 16 位等，（ 12 位分辨率 ， 电压 5000mV） 12位所能表示的数据量为 4096（ 2 的 12次方），即 177。 5000 mV 电压 量程内可以表示 4096 个电压值，单位增量为（ 5000 mV） / 4096= mV。 （ 5） 精 度：测量值和真实值之间的误差，标称数据 采集卡 的测量准确程度，一般用满量程 (FSR， full scale range)的百分比表示，常见的如 %FSR、 %FSR 等，如满量程范围为 0~10V，其精度为 %FSR，则代表测量所得到的数值和真实值之间的差距在10mv 以内。 （ 6） 量程：输入信号的幅度，常用有 177。 5V 、 177。 10V 、 0~5V 、 0~10V ，要求输入信号在量程 内进行。 （ 7） 增益：输入信号的放大倍数，分为程控增益和硬件增益，通过数据 采集卡 的电压放大芯片将 AD 转换后的数据进行固定倍数的放大。 由两种型号 PGA202 ( 100、1000) 和 PGA203 ( 8)的增益芯片。 （ 8） 触发：可分为内触发和外触发两种，指定启动 AD转换方式。 3 相位差测量原理 相位差概念 对于简谐振荡的正弦信号： E = E 0 sin( Xt + U0 ) （ 1） 式中 , 0E 是振幅 , U= Xt + 0U 是振荡的幅角 ,称为瞬时相位。 式 (1)表明 ,相位是时间t的线性函数 , 0U 则是当 t=0时相位 , 称为初始相位。 对于相位这个变量的 测量是非常困难 9 的，它而且这样做也没有实际意义。 相位测量通常是比较两个频率相同的振荡信号 , 测量它们之间的相位差 , 即相对相位。 例如有两个正 弦振荡 E 1 = E 01 sin ( Xt + U01 ) 和 E2 = E02 sin( Xt + U02 ),它们之间的相位差为 $U= ( Xt+ U01 ) ( Xt+ U02 ) = U01 U02 , 由此表明 $U是与瞬时时间无关的相对量值。 相关法 相关法原理 两个同频率的正弦信号在延时  = 0 时的互相关函数值与其相位差的余弦值成正比，根据这一原理我们可以先测得自相关函数，然后算出相位差。 假设有两个同频 率并且伴有噪声的信号，其描述如下： （ 2） 式（ 2）中  为信号的角速度， 1 为信号 x( t)的初始相位， 2 为信号 y（ t）的初始相位， ()xNt，()yNt为噪声信号。 两个信号的互相关函数为 （ 3） 可以很容易发现，噪 声和信号相关的机率很小，并且两个噪音是随机的，它们之间相关的机率更小。 取  = 0 时，可以得到如下式子： （ 4） 1212( ) si n( ) ( )( ) si n( ) ( )xyx t A t N ty t B t N t          xy 01021( ) ( ) ( )1s i n ( ) ( )s i n ( ( ) ) ( )TTxyR x t y t d tTA t N tTB t N t d t             xy。