摘要
频谱分析仪是信号分析与处理中常用的仪器,它可对信号进行时域分析、幅值域分析、频域分析、解调分析、数字滤波、相关分析和传递相干分析。虚拟仪器是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其它领域密集渗透的过程中,与测试技术、仪器技术密切结合,共同孕育出的一项新成果。智能控件化虚拟仪器是虚拟仪器发展的一个全新模式。将智能控件化虚拟仪器技术应用到频谱分析仪的设计与制造中,给频谱分析仪带来了全新的面貌。
本文介绍了智能控件化虚拟仪器的原理。这一概念的基本思想是:将一些虚拟控件经“功能赋予”后与仪器功能进行“测试融合”从而形成“智能仪器单元”,通过“积木式拼搭”,可直接在PC机内形成各种类型的虚拟仪器并显示在屏幕上供用户使用。这些“智能仪器单元”称为智能虚拟控件,它是一种被仪器功能“激活”了的,有“生命”的虚拟部件,它既描述了智能控件化虚拟仪器的形象,也描述了它的本质。
智能虚拟控件的模型包括几何尺寸、几何形状、控件颜色、结构参数和控件描述等五种基本要素。将这些基本要素抽取出来,作为控件的基本属性,并且对外提供接口供用户按照实际需要进行修改,使得智能虚拟控件在功能上具有灵活性,在外观上具有多变性。本文例举了常用的按钮控件、选择开关控件和滑杆控件的具体设计与制作来说明智能虚拟控件的设计与制作。
智能控件化虚拟仪器的功能控件的建模,决定了虚拟仪器所具备的所有功能。本文介绍的智能控件化频谱分析仪所具备的功能,有信号的时域分析、FFT变换以及IFFT反变换、信号的微积分运算、信号的频谱分析、信号自功率谱密度函数计算、信号互功率谱密度函数计算、频率响应函数计算和相干函数计算,都是集成在功能控件里面的。
本文最后介绍了智能控件化频谱分析仪的组装。并且提供了典型信号的分析实例和工业应用的实例,来证明在仪器拼搭场中拼搭的智能控件化频谱分析仪功能的正确性。
In analysis and transaction of signals, spectrum analyzer is a classical and important instrument which is mainly used to analyze the time domain wave, amplitude, spectrum domain wave, demodulating analysis, digital filtering, correlate analysis, transfer function and Coherence Function of signals. And the technology of Virtual Instrument is a new achievement combined by test and instrument technology in the process that the developing hardware, software and bus technology of computer penetrate into other fields. And the intelligent controls-oriented virtual instrument is a fire-new model in development of Virtual Instrument. It bring a fire-new appearance to spectrum analyzer that using the ideal of Intelligent Controls-oriented Virtual Instrument in the manufacture and design of it.
The paper introduces the general ideal of Intelligent Controls-oriented Virtual Instrument. What the ideal is that intelligent cells of instrument can compose various instruments, and can show them to user on PC, which are derived from virtual controls by combine virtual control and functions of instruments through functions endowing. The intelligent cells of instrument named intelligent virtual controls is a kind of living virtual part endowed instrument functions, which describe the appearance and the essential of Intelligent Controls-oriented Virtual Instrument.
The mode of intelligent virtual controls consists of the dimension, the shape, the color, the structure and the description of intelligent controls. And abstract them as the properties of controls, which can be modified by users externally through the interface provided by system. Then intelligent controls not only have flexible functions, but also have variable appearance. This paper exemplifies Button, Switch and Slider control to demonstrate the design and manufacture of controls.
The mode of function controls in intelligent virtual instrument describes the functions inside instrument. The various functions inside the virtual spectrum analyzer introduced in the paper is time domain wave analysis, FFT transfer, IFFT transfer, Cross analysis, and so on, which are all described in function controls.
Finally, this paper introduce the assemble of intelligent controls-oriented virtual instrument. And use classical signals and industrial practices to demostrate the accurate of virtual spectrum analyzer.
引文
[1] Shuren Qin, Baoping Tang. Intelligent Virtual controls――The Measuring Instrument from Whole to Part. The Chinese journal of mechanical engineering, 2002, vol.15(2):131~135
[2] Baoping Tang. Implementation of Intelligent Virtual Controls Based on Qin's Model. Proceedings of ISIST' 2002, Jinan, China: 144~150
[3] 秦树人,汤宝平. 面向21世纪的绿色仪器系统. 中国机械工程2000. Vol. 11(3). 275~278
[4] Shuren Qin. Integrated Testing Technology and Virtual Instrument. Proceedings of 1st ISIST. 1999. Sept: 66~71
[5] 秦树人,张思复,汤宝平等. 集成测试技术与虚拟仪器. 中国机械工程. 1999. Vol. 10(1). 77~80
[6] 秦树人. 虚拟仪器--测试仪器从硬件到软件. 振动、测试与诊断. 2000. Vol. 20 (1). 1~6
[7] 秦树人. 虚拟仪器及其最新发展. 振动、测试与诊断. 2000. Vol. 20(增刊). 123~129
[8] Tingting Xie,BaopingTang, Shuren Qin. The Design of the Virtual Instrument of Frequency/Amplitude Sweep. Proceedings of ISIST' 2002, Jinan, China, Vol.1,2002:189-194
[9] 谢亭亭,汤宝平,秦树人. 虚拟式扫频/幅仪的设计. 重庆大学学报(自然科学版). 2002.4 Vol.25: 11-14
[10] Changqi Yang, Tingting Xie, Baoping Tang. A New Method for Noise Octave Analysis Based on Virtual Instrument. Proceedings of 5th ISMTII (Egypt), Sept.2001:329-333
[11] 刘阳,郭修煌. 基于PC总线虚拟仪器的关键技术及发展前景. 电子技术应用. 1996年11期
[12] 刘阳. 虚拟仪器的现状及发展趋势. 电子技术应用1996年4期
[13] 韩九强,卫军胡等. 虚拟仪器软件开发平台的研究. 西安交通大学学报. 1997年9月
[14] 王鸿钰等. 自动测量仪器和测试系统的发展综述. 计算机自动测量与控制. 2000. Vol. 8(4). 1~2
[15] 祝中山,赵伟. PC卡式虚拟仪器软件标准化探讨. 电测与仪表. 1998年6月
[16] 赵智宏,曹冬雨. 微机在示波器自动测试中的应用. 电子测量技术
[17] 李扬等. 高性能虚拟示波器的研究. 工业仪表与自动化装置. 1999年第2期
[18] 邹逢兴. 微型计算机硬件技术及应用基础(上、下册). 长沙. 国防科技大学 出版社. 1997
[19] 黄海宁等. 基于PXI的多通道瞬态测试记录系统. 电子技术应用. 1998年第2 期
[20] 余新平. 采用DMA技术实现高速数据传输的I/O接口卡设计. 电子技术应用. 1999年第7期
[21] 卢文祥,杜润生. 机械工程测试·信息·信号分析(第二版). 武汉. 华中理工大学出版社.1999
[22] 姚天任,江太辉. 数字信号处理(第二版). 武汉. 华中理工大学出版社. 2000. 29~32
[23] S.M.Wu, S.M.Pandit. Time Series and System Analysis, Modeling and Application. John Wiley & Sons. 1983
[24] 丁康,谢明. 提高FFT和谱分析速度及精度的方法. 重庆大学学报. 1992.3. Vol.15. No.2. 51~55
[25] 谢明,丁康. 频谱分析的校正方法. 振动工程学报. 1994.6. Vol.7. No.2. 173~177
[26] 谢明,丁康. 离散频谱分析的一种新校正方法. 重庆大学学报. 1995.3. Vol.18. No.2. 48~49
[27] Fincham, L. R. Refinements in the Impulse Testing of Loudspeakers. J. Audio Eng. Soc. vol. 33. 3/85. p. 133.
[28] Robert Bristow-Johnson. A Little MLS Tutorial. www.dspguru.com\info\tutor\mls2.htm.
[29] Rife, Douglas D. and John Vanderkooy. Transfer-Function Measurement with Maximum- Length Sequences. J. Audio Eng. Soc. vol. 37 6/89 p. 419.
[30] Matthew Wright. Comments on Aspects of MLS Measuring Systems. J. Audio Eng. Soc. vol. 43 1/95
[31] LabView5.0 Online Help. www.natinst.com. National Instrument
[32] Doug Rife. Theory of Upsampled Digital Audio. DRA Labs. November 28. 2000. p.1~8.
[33] Matlab Online Help. www.Mathworks.com. Mathworks
[34] 李永刚等. 音响设备原理与维修. 北京. 北京科学技术出版社. 1995
[35] Y.Ando. Concert Hall Acoustics. Springer Series in Electrophysics 17. Springer-Verlag. Berlin. 1985
[36] W.D.T. Davies. Generation and properties of maximum length sequences. Control. 1966 June/July
[37] Timothy Dunton. An Introduction to Time Waveform Analysis. ENTERACT PAPERS '98
[38] 宛延凯. C++和面向对象程序设计(第二版). 北京. 清华大学出版社.1999
[39] 谭浩强. C程序设计. 北京. 清华大学出版社. 1995
[40] Vic.Broqrard著,汪泳等 译. MFC应用开发教程. 北京. 清华大学出版社.1999
[41] 曹晓阳等. COM及其应用―面向对象的组件集成技术. 计算机应用. 1999年第1期
[42] 廖强. Windows 3.x和Windows 95下如何直接存取物理地址. 电子技术应用. 1999年第1期
[43] 贾慧. Windows 中动态链接库的原理及编程方法. 电脑编程技巧与维护. 1996年第五期
[44] 吕文哲. 用Visual C++开发Windows环境下串通信程序. 电子技术应用. 1997年第8期
[45] David J. Kruglinekl. Programming Visual C++(Fifth Edition). Microsoft Press
[46] Microsoft Developper Network(MSDN). Microsoft Press. 1998
[47] 赵仕健. Visual C++6.0编程与事例解析. 北京. 科学出版社. 2000
[48] 楼顺天等. Matlab 程序设计语言. 西安. 西安电子科技大学出版社. 1997
[49] Peter Aitken Scott Jarol著. 李鹤文等译. Visual C++多媒体开发指南. 北京. 科学出版社. 1997
[50] 邱仲潘等 译. Visual C++ 4从入门到精通(第一版). 电子工业出版社. 1997
[51] 杨建华等. 快速开发测控系统软件的相关技术(方法)研究. 制造自动化. 1999 年10月
[52] Windows95环境下VXI数据采集系统的软件设计. 测控技术. 1998年第5期
[53] 朱春艳. 在Visual C++ 应用程序中实现图形开关的方法. 微型机与应用. 1997年第5期
[54] 林成俊. Windows 中动态链接库的使用方法. 电脑编程技巧与维护. 1996年第1期
[55] 贾晓东. Windows 中的动态技术. 电脑编程技巧与维护. 1996年第1期
[56] 秦志远,蔡少华. 利用VC++4.0设计、实现用户界面的几点说明. 中国计算机用户. 1997年10月
[57] Erich gamma等 著,李英军等 译. 设计模式-可复用面向对象软件的基础. 北京. 机械工业出版社. 2000
[58] Roger S.Pressman 著,黄柏素等 译. 软件工程-实践者的研究方法. 北京. 机械工业出版社. 1999
[59] 柏林. 基于虚拟仪器的预测维修系统的研究与开发[硕士论文]. 重庆. 重庆大学测试中心. 2001