0、前语
频谱剖析是信号处理中非常重要的剖析手法，一般的频谱剖析首要依托传统的频谱剖析仪来完结，但这种频谱剖析仪价格昂贵，体积巨大，功用单一。选用先进的虚拟仪器技能规划的虚拟频谱剖析仪完全的改动了传统频谱剖析仪的缺乏，用软件来替代硬件，用户能够依据具体状况经过修正软件来增加仪器的功用，使仪器功用愈加强壮，规划愈加灵敏，节省了开发时刻，成为频谱剖析仪的发展方向。
1、虚拟频谱剖析仪的功用
虚拟频谱剖析仪是以信号调度电路、NI公司的PCI-6024数据收集卡，PC机为硬件开发渠道，以LabVIEW为软件开发渠道开发的频谱剖析体系。本课题规划的虚拟频谱剖析仪是经过信号调度电路、数据收集卡组成的外部数据收集体系，对所收集到的外界信号进行频谱剖析。当外界被测信号传送到信号调度电路，由信号调度电路对它进行扩大、滤波、阻隔等处理。经过数据收集卡收集，最终由软件对测验信号进行频谱剖析和处理，得到测验成果，并按要求显现或贮存成果。虚拟频谱剖析仪供给了一个强壮的频谱剖析功用，并且能够一同调查输入信号的时域和频域显现，用户能够经过改动采样速率和数据长度来挑选频率分辨率，在虚拟频谱剖析仪中经进程序能够直接读出并在面板上显现基波频率和峰值巨细，用户能够参阅这个值，手动调整采样速率的巨细和显现图形中X，Y轴的坐标来调查所需求的频谱图，这样使得操作更为直观，简洁。
2、虚拟频谱剖析仪的硬件规划
虚拟频谱剖析仪的硬件首要包含了NI公司的PCI-6024数据收集卡以及通用PC机。
2.1、数据收集卡
本体系中运用的NI公司的数据收集卡PCI-6024，此卡规划依据PCI总线。因为PCI 总线传输速率高，数据吞吐量大，是数据收集卡规划的干流，它是一块性价比较好的产品，支撑DMA方法和双缓冲形式，确保了实时的信号不间断收集与贮存。它支撑单极性和双极性模仿信号输入，信号输入规模别离为-5v～+5v和0～10v。供给16路单端/8路差动模仿输入通道，2路独立的D/A输出通道，24线的TTL型数字I/O，3个16位守时计数器等多种功用。实践丈量是输入信号经过BNC接头从输入端子进入数据收集卡进行数据收集，一同用NI公司供给的Measurement Automation软件进行简略的设置便可完结体系软件与数据收集卡之间的通讯。
3、虚拟频谱剖析仪的软件规划
虚拟频谱剖析仪软件规划，是运用图形化编程言语LabVIEW为软件开发渠道，在程序的开发进程中运用模块化的规划思维，依据所需的不同功用，别离组成数据收集和参数设置、频谱剖析、数据读取存储和传输等各种功用模块，最终再集成和调试，规划出功用强壮的虚拟频谱剖析仪。它的软件模块如图1所示。
图1 虚拟频谱剖析仪的各软件模块
3.1、数据收集和参数设置模块
数据收集模块的规划选用了子VI AI Acquire Waveform .vi来操控PCI-6024数据收集卡进行数据收集，把收集进来的数据进行频谱剖析。在参数设置部分首要包含：设备与通道设置，缓冲区巨细的设置，采样点数的设置，触发操控，扫描率设置，显现方法的设置。
3.2、频谱剖析模块
频谱剖析模块的规划是本体系软件规划的中心部分，它需求完结加窗处理、功率谱转化、功率谱单位转化、频率峰值检波、谐波峰值点丈量等许多功用模块来组成。
加窗处理模块是由Scaled Time Domain Windows.vi模板来完成，该模板有两个输入端，两个输出端，从信号输入端输入一个时域信号，再进行窗体类型的挑选，依据实践的状况，能够挑选汉宁窗，海明窗，布莱克曼窗，平顶窗等8种窗体，处理后输出一个加窗后的时域信号输出，以削减窗口效应带来的栅门效应和走漏问题。
功率谱转化模块用Auto Power Spectrum. vi模板来完成，该模块有四个端口，别离是时域信号输入端，时域距离dt输入端，频域信号输出端，频域距离df输出端。该模块的功用是完成信号由时域向频域的转化。
功率谱单位转化模块由Spectrum Unit Conversion.vi 模板来完成，该模块有7个输入端，2个输出端。输入端有频谱类型的挑选，能够挑选功率谱，起伏谱，增益。对数/线性的挑选，能够挑选线性，dB，dBm。输出显现单位挑选，能够挑选的单位是有效值，峰峰值，有效值的平方，峰峰值的平方等。输出端是输出频谱，输出频谱单位。
频率峰值检波子模块是由PowerFrequency Estimate.vi 模板来完成，该模块有5个输入端，2个输出端。输入端有功率谱输入端，峰值频率输入，频率距离，以峰值频率为中心的频率查找点数，窗常数。输出端由频率峰值输出，频率峰值能量的输出组成。该模块用来求出频谱的峰值频率及峰值频率点的功率估值。显现模块的规划能够挑选频谱曲线显现或时域信号显现，还能够依据需求进行线性或对数显现。
谐波峰值点丈量模块的规划，可读出一次谐波，二次谐波，三次谐波峰值点的频率值和功率值。
3.3、数据读取存储和传输模块
数据存储模块的首要功用是将显现器上显现的图画所对应的时域数据存入二进制文件，将与收集数据有关的参数：均匀次数、数据 长度、剖析带宽、触发点采样点、收集时刻等存入与数据文件同名的文本文件中，便于数据读取模块和用户运用。
该模块的规划是使用LabVIEW中有丰厚的文件操作函数库，能够方便地进行文件的读写操作。LabVIEW读写文件的进程为：翻开一个文件——按必定格局进行读写内容——最终封闭文件。在数据读取模块中用到的首要函数别离是：翻开文件函数、读文件函数、关文件函数。并且此虚拟频谱剖析仪也能够经过Web发布HTML文件，能够使本地或长途核算机阅读此频谱剖析仪的程序面板，然后能够完成长途监控的功用。
组成好的各功用模块依照程序的流程加上必要的控件和显现器，就能够将它们集成到一同，构成一个功用完善的虚拟频谱剖析仪。
4、虚拟频谱剖析仪的功用测验
虚拟频谱剖析仪能够选用通用函数信号发生器(EM1634)进行测验。该信号发生器能够自在设置输入信号的波形类型、频率及幅值。时域信号的频谱剖析能够经过调查虚拟频谱剖析仪面板上的显现与理论核算值的比较来判别正确与否，以此来验证虚拟频谱剖析仪模块的规划是否正确。试验成果表明虚拟频谱剖析仪显现的信号适当安稳，输出频谱重量显着，与理论核算值适当契合，然后验证了本程序编写的正确性，完全能够满意实践使用的需求。
5、结束语
本文介绍了虚拟频谱剖析仪的开发全进程。其间包含硬件与软件部分的规划，最终经过试验证明此体系的功用适当优秀。当然，用户能够依据实践工程中的需求去增加新的测验功用，扩展与外部的接口，完成更高的要求。
6、本文作者立异点
虚拟频谱剖析仪的规划选用了先进的虚拟仪器技能，提高了体系的测验精度，增加了测验功用，增强了仪器的灵敏性，节省了开发时刻，大大的降低了开发本钱。
