机电学院测控技术与仪器系 晋芳
摘要：以LabVIEW为平台，设计了一个简单的频谱分析仪，该仪器能实时显示采集到的信号的波形和FFT变换的图形，并将该信号的各参数测量出来。 关键字：LabVIEW FFT 频谱分析
一、设计任务
跨越障碍物
基于目前智能仪器实验室的硬件系统通过LabVIEW编程实现简易频谱分析仪，要求能采集－10－10V、频率2Hz－25KHz的各种信号并能显示采集到信号的幅度频谱。 二、设计要求
透水混凝土施工1、基本功能
（1）能够采集幅值范围在-10V~10V，频率在25KHz以下的信号并显示出来；
（2）能够将所采集信号的频谱计算出来并显示出来。
（3）编写友好的人机界面；
2、发挥部分
（2）能够存储频谱波形；
三、频谱分析原理
频谱分析最常用的方法就是离散傅立叶变换（DFT），为了快速计算DFT，通常采用一种快速傅立叶变换(FFT)的方法。当信号的采样点数是2的幂时，就可以采用这种方法。
FFT的输出都是双边的，它同时显示了正负频率的信息。通过只使用一半FFT输出采样点转换成单边FFT。FFT的采样点之间的频率间隔是fs/N，这里fs是采样频率。
FFT和能量频谱可以用于测量静止或者动态信号的频率信息。FFT提供了信号在整个采样
期间的平均频率信息。因此，FFT主要用于固定信号的分析（即信号在采样期间的频率变化不大）或者只需要求取每个频率分量的平均能量。
计算机只能处理有限长度的信号，原信号x(t)要以T(采样时间或采样长度)截断，即有限化。有限化也称为加“矩形窗”或“不加窗”。矩形窗将信号突然截断，这在频域造成很宽的附加频率成分，这些附加频率成分在原信号x(t)中其实是不存在的。一般将这一问题称为有限化带来的泄露问题。泄露使得原来集中在f0上的能量分散到全部频率轴上。泄露带来许多问题：如①使频率曲线产生许多“皱纹”（Ripple），较大的皱纹可能与小的共振峰值混淆；②如信号为两幅值一大一小频率很接近的正弦波合成，幅值较小的一个信号可能被淹没。③f0附近曲线过于平缓，无法准确确定f0的值。
为了减少泄露，人们尝试用过渡较为缓慢的、非矩形的窗口函数。常用的窗函数如下表所示。
窗 | 定义 | 应用 |
矩形窗（无窗） | W[n]=1.0 | 信号发射器区分频域和振幅接近的信号瞬时信号宽度小于窗 |
指数形窗 | W[n]=exp[n*lnf/N-1] f=终值 | 瞬时信号宽度大于窗包装箱制作 |
海宁窗 | W[n]=0.5cos(2nπ/N) | 探空气球瞬时信号宽度大于窗普通目的的应用 |
海明窗 | W[n]=0.54-0.46cos(2nπ/N) | 声音处理 |
平顶窗 | W[n]=0.2810639-0.5208972cos(2nπ/N)+0.1980399cos(2nπ/N) | 分析无精确参照物且要求精确测量的信号 |
Kaiser-Bessel窗 | W[n]=Iº(β) | 区分频率接近而形状不同的信号 |
三角形窗 | W[n]=1-｜（2n-N压铸机料筒的设计）/N｜ | 无特殊应用 |
| | |
在实际应用中如何选择窗函数一般说来是要仔细分析信号的特征以及最终希望达到的目的，并经反复调试。窗函数有利有弊，使用不当还会带来坏处。使用窗函数的原因很多，例如：
1、规定测量的持续时间；
2、减少频谱泄漏；
3、从频率接近的信号中分离出幅值不同的信号。
这里为了对比，采用了无窗，即矩形窗、海宁窗两种窗函数对波形数据做FFT变换。
四、设计过程
1、LabVIEW简介
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。Labview程序又称为虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）。VI是由图像、连线以及框图构成的应用程序，由Front Panel（前
面板）和Block Diagram（后面板）两部分构成。它的表现形式和功能类似于实际的仪器，而它同时又很容易改变设置和功能。因此，Labview特别适用于实验室、多品种小批量的生产线等需要改变仪器和设备参数和功能的场合，以及对信号进行分析、研究、传输等场合。
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