基于虚拟仪器技术的相位差测量仪的设计

论文总字数：12165字

摘 要

本文介绍了基于虚拟仪器的数字相位差计的设计方法，该设计主要在LABVIEW软件开发平台上，用软件的方法来实现相位差的测量。本文第一部分简明叙述了相位差的概念，并介绍了相位差测量的应用；第二部分介绍了LABVIEW软件平台；第三部分主要讲述本次毕业设计中要用到LABVIEW中的功能函数及相位差测量方法；最后本设计选取了基于频谱分析法的相位差测量方法，实现了对两个同频正弦信号相位差的测量。本设计简单、灵活、实用，比普通硬件相位差测量仪精度更高、误差更小，可以应用在工业生产、学校实验研究等场所。

关键词：虚拟仪器，LABVIEW，相位差，测量

Abstract: This paper introduces a design of the phase measurement which is based on virtual instruments, the design uses software methods in the LABVIEW software development platform to measure phase .Firstly,this paper introduces the phase difference and the use of phase difference measurements.Secondly , LABVIEW is slightly introduced.Thirdly, this paper introduces the performance function and the methods of measuring frequence in LABVIEW. Finally,the phase difference measurement which is based on the spectral analysis method is selected to achieve a measurement of the phase difference between two sinusoidal signals of the same frequency. The design is simple, flexible, practical.It has higher accuracy and smaller error than the average hardware phase meter. It can be used in industrial production and in the experimental study of school and other places.

Keywords: virtual instruments, LABVIEW, phase，measure

目录

1 绪论 4

1.1 相位差及其测量意义 4

1.2 基于虚拟仪器技术的相位差测量的现状与前景 4

1.3 本文主要研究内容 5

2 常用的测量相位差的方法 5

2.1 相关法测量相位差 5

2.2 频谱分析法测量相位差 6

3.3 零点检测法测量相位差 8

3 虚拟仪器介绍 8

3.1 虚拟仪器总体结构介绍 9

3.2 LABVIEW软件平台 9

3.3 虚拟仪器的优势 11

4 基于LABVIEW的相位差测量仪设计 12

4.1 本设计需用的控件功能简介 12

4.2 方法比较与选择 13

4.3 基于相关法的相位差测量仪设计 17

5 实验与结果 18

结论 19

参考文献 20

致谢 21

1 绪论

1.1 相位差及其测量意义

所谓相位差，就是两个同频的交流电相位的差，相位差也可以成为相差。这两个同频的交流点，可以是两个交流电流、可以是两个交流电压、可以是两个交流的电动势，同时也可以是这三个量中的任何一个。（这里的相位差单指的是电子电工的电学方面的相位差，广义的相位差可能涉及到光学、声学等带有频谱、方向和周期等特性的概念理论等，在此不做讨论）

例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差。如果电路是纯电阻，那么交流电压和电流电流的相位差等于零。也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压变到最大值的时候，交流电流也变到最大值。这种情况叫做同相位，或者叫做同相。如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流的相位差一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者电流超前于电压。

加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压，这两者的相位差正好等于180°。这种情况叫做反相位，或者叫做反相。

信号是信息的表示形式，其需要被测量的量有多个，相位差就是其中之一。对信号相位差的测量极其重要，这种测量，通过对信号相位差的测量的结果来计算出其他一些相关的数据，从而来检测或提升电子设备的性能。

1.2 基于虚拟仪器技术的相位差测量的现状与前景

自1986年美国NI公司LABVIEW问世以来，“软件就是仪器”的概念越来越被人们所认可并应用，计算机和网络技术因LABVIEW技术的产生而进入仪器仪表领域，这是测控技术领域在新时代的一场巨大变革，开启了虚拟仪器（VI）时代的先河。

虚拟仪器技术可以充分利用现有计算机资源，并配备以独特设计的软硬件，从而使之实现普通传统仪器的全部功能以及一些在普通传统仪器上无法实现的功能。虚拟仪器依靠计算机软件来控制测试硬件、分析测试数据。LABVIEW没有专门的前面板、显示器、电源，故而其硬件通常在PC主机中，所有仪器前面板和显示器都在监视器上模拟，故而称之为虚拟仪器^[1]。

虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变仪器功能的模式，给用户一个充分发挥自己才能和想象力的空间。用户可以根据不同的要求，设计自己的仪器系统，从而满足多样的应用需求。有此可见，虚拟仪器最终要取代大量的传统仪器成为仪器仪表领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心。

1.3 本文主要研究内容

本设计借助于LABVIEW软件平台，对过零检测法、相关法、频谱分析法进行对比、选择，最终利用相关法测量两个同频的正弦信号的相位差。

2 常用的测量相位差的方法

2.1 相关法测量相位差^[2]

①根据相关函数特性求出两个信号的初相位：

两个信号的互相关函数不是偶函数，根据其定义可以证明，此式子说明互相关函数与两信号的相位差和延迟量有关。当时，就只与两信号的相位差有关，基于此可求出相位差。

设。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：12165字