利用高級演算法加速您的測量
上網時間 : 2001年01月28日
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過去，如果想加速測試，您一般會去考慮更改或升級硬體。不過現在，隨著labVIEW6i的公佈，您的思路可以轉變為通過高效的測量分析軟體來加速測試進度。新增加的工具中利用了基於FFT的高級演算法-音調資訊信號提取和頻率回應功能(FRF)。利用這些新工具，您就可以開發出能大幅增加頻率測試的程式了。 Carsten Thomsen 精確的頻率確定 您可以通過各種方法來測量頻率。對於一個低噪音頻率，通常情況下是利用頻率計數器進行測量。先測量一段期間的時間寬度，然後再利用求倒數計算出它的頻率。一般這種技術只利用零點交叉資訊，並且對噪音相當敏感。對於噪音更大的信號，您可以利用頻譜分析儀提取頻率，但這種方法受給定時間內的低解析度頻率信號影響比較大。例如：要在1秒內測量lHz精度的信號。
<?xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" /> 如果使用基於FFT的方法進行頻率確定，通常會嘗試通過補償相鄰兩個通道之間的拖尾現象(譜洩露)而插入更高的精度。在LabVIEW6i中，該技術通過獲得專利的精確頻率快速定位技術，被帶到了一個新高度上。例如：你可以在不到50毫秒的時間內，以10位以上的精度，計算頻率為1kHz的正弦波。這看來似乎違反了測試時間必須為期望頻率精度倒數的原則，即1兆秒。然而，因為你供給儀器的信號乾淨而且穩定，所以這些插入的技術都是合法的。在此先驗知識的基礎上，你可以利用基於FFT的成熟技術，不僅可以提取頻率，還包括高精度的信號振幅和相位信號。 頻率信號提取演算法通過結合FFT頻譜分析和高級曲線擬合提供噪音排斥。下面表格列出了各種信噪比下典型的頻率與振幅精度。注意：該演算法在信噪比-20dB時，能提取精度為4位元的頻率信號；換言之，噪音層信號比要測量的信號高10倍！ 頻率信號提取功能(就目前在LabVIEW6i中的情況)，能自動與各種不同採樣率、解析度及字塊長度的A/D轉換器中的資料進行匹配。LabVIEW6i中的新資料波形，使得用戶無需處理各種參數，即能獲得這一功能。它也同樣應用在新的失真功能中，這在很大程度上改善了基波與諧波的精確定位。
這項新功能還有一個好處，就是殘餘信號輸出，它等於輸入信號減去已定頻率組分。此信號可以被反饋回LabVIEW的其他功能中，以用做額外分析，例如：可用來查看臨近的相位噪音，這種噪音一般都隱藏在普通頻譜分析儀的濾波邊緣信號裏(類比或數位)。 除了這些演算法的靈活性、速度和精度外，這些演算法在一般的傳統儀器中是找不到的。而現在，由於PC機的飛速發展，使您得以有機會將這些演算法功能應用到自己的測量系統中。 頻率回應測量 對於測量過系統增益和相位的工程師來說，FRF是非常熟悉的。典型例子是對設備進行聲學測試的系統，如手機或揚聲器。通常情況下，你可以用一個已知的平波掃描正弦波發生器，再用伏特計測量回應信號。然而，在以下幾種不常見的假設前提下，這種測量方法會產生停頓：
1、仿真信號是頻率的函數(常量),不是隨時間而變化的函數。 2、待測單元(UUT)或測量鏈不將噪音信號引入到測量中來。 3、UUT不產生任意失真。 4、輸出信號與輸出信號實際無關。 5、UUT參數在測試過程中不發生變化。
而通過LabVIEW6i的新功能-頻率回應功能，您就能大幅減少這些假設情況為您帶來的危險。LabVIEW中使用的演算法是以類似聲學和振動的技術規範為基礎。迄今為止，這些技術在其他領域中還不太為人們所知，例如通用電子線路與通訊測試。包括：UUT中輸入和輸出間不規則關係。換言之，這項技術只需通過算入每個頻率上與輸入信號有關的輸入信號，將噪音和失真的影響降到最低。
這項技術的另一個好處是，與以前使用的傳統正弦掃描方法相比，您還可以在很大程度上提高測量速度，因為您可以使用寬帶激勵源和LabVIEW 6i中的頻率響應功能VI(虛擬儀器)。(因為VI按比例計算頻率回應、增益和相位、頻譜中每個頻率的輸出和輸入，所以寬帶激勵的使用成為可能)。 <?xml:namespace prefix = w ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:word" /> 寬帶激勵通過應用測試信號，如白噪音、啁啾聲或包含所有頻率的脈衝函數來仿真UUT。這樣，你一下子就能測量出UUT的頻率回應，而不像傳統的正弦波掃描方法要分步測試頻率-這使測量速度得以加快。完成一步測試比完成一系列測試要快很多，因為測試時間是由你所要求的頻率精度決定的。如：如果要求精度為2Hz,則正弦掃描法必須在各個頻率此精度的倒數處(1/2秒)暫停，以得到正確的測量。而利用寬帶激勵，暫停時間保持不變，但只需暫停一次即可。例如：如果頻率回應測量需要200個測量點，則基於FFT的技術就可將測試速度提高200倍。更特別的是，如果你需要在4kHz範圍20Hz的頻率精度，以進行電話或手機的聲音測試，測量時間可低至50ms. DSP測量分析 利用LabVIEW6i中的新DSP測量工具進行頻率回應和探測，您可以加快測試速度。而且，隨著這個速度的提升，你能夠減少生產線上所花費的時間，並將節省下來的時間運用到其他測試中，如降低噪音或增加頻率精度。 底線很簡單-您可以大幅提供測量精度和速度。而利用LabVIEW,這些功能都非常容易達到。所需的硬體是一塊2通道的A/D轉換卡和一張低成本的D/A轉換卡以用來進行信號發生。因為發生器產生的錯誤能被自動減除，所以其精度和穩定性並不關鍵。另外，2路輸入通道也不需要嚴格匹配。你既可用同一個寬帶信號去測量他們的相對增益/相位，也可以在下一級測量中對錯誤進行改正。 如需更多有關音調監測演算法的資訊，請訪問ni.com/info，進入newsletter尋找。 Quote:在大批量產品，例如移動電話，傳呼機或電視機的生產中，測試時間的長短已經變成關鍵因素。 |
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