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虚拟相关法相位差计的设计摘要传统测量仪器功能单一，多功能虚拟仪器是现代仪器技术的发展方向。
利用Labview设计一种利用虚拟相关法测量相位差计的虚拟仪器，该仪器以测量两个同频正弦波的相位差为基本功能，具备了测量信号频率，显示信号波形、相位差和产生标准信号等功能，体现了虚拟仪器高集成度，一机多用的特点。
本题目属于应用类，设计主要内容利用互相关分析法实现相位差检测，在虚拟仪器设计平台上仿真实现，结合原理和公式进行数据计算分析，充分利用了Labview的性能。
关键词：相关法、相位差，虚拟仪器目录虚拟相关法相位差计的设计 (1)1 引言 (3)2 相位差测量仪的概述 (3)2.1 相位差的定义 (3)2.2 相位差测量仪的应用 (3)3 Labview软件简介 (4)3.1 Labview概述 (4)3.2 Labview的应用 (5)3.2.1 Labview应用于测试于测量 (5)3.2.2 Labview应用于实验室研究与自动化 (5)4 相位差测量方法原理简介 (6)4.1 相关法相位差测量相位差原理 (6)5 相位差计设计 (7)5.1 设计要求 (7)5.3 Labview平台下软件的实现 (8)5.4 子模块(VI)设计 (10)5.5 相位差计设计测试结果 (12)结论 (16)参考文献 (17)1 引言信号的相位差测量在电工技术，工业自动化，智能控制，通讯及电子技术等许多领域都有着广泛的应用。
传统电子模拟式相位差测量采用乘法器法，二极管鉴相法等，需要完成对应的硬件电路。
电路的温漂，噪声级干扰信号，都会导致测量结果产生误差。
因此，传统的相位差检测方法正逐渐被软件测量方法所替代，通过软件算法来消除温漂、噪声及干扰信号的影响，使测量结果更加精确。
2 相位差测量仪的概述2.1相位差的定义相位差：两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫相差。
这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。
摘要：本设计实现了对两个相同频率正弦信号的相位差的测量，被测信号由正弦信号发生电路产生，正弦信号发生电路采用RC正弦波振荡电路，产生的正弦信号连接到数据采集卡上，本设计采用MPS-010501多功能USB数据采集卡，通过数据采集卡传送到PC机，利用LABVIEW软件进行测量，编程的算法基于相关法原理，将两个相同频率正弦信号的相位差通过计算后显示在LABVIEW前面板上。
关键词：相位差，正弦信号发生电路，数据采集卡，互相关法，虚拟仪器Abstract：The design and implementation of the same frequency of the two sinusoidal signals phase of the measurement, the measured signal from the sinusoidal signal generating circuit generates the sinusoidal signal generating circuit RC sine wave oscillator circuit that generates a sinusoidal signal is connected to the data acquisition card, the designed using MPS-010501 multifunction USB data acquisition card, data acquisition card to a PC using LABVIEW software measurement, programming algorithms based on the relevant law principle, the two same frequency sinusoidal signal by calculating the phase difference is displayed after the LABVIEW the front panel.Keyword ：phase,Sinusoidal signal generating circuit,data acquisition cards,cross-correlation method,virtual instruments目录1 绪论 (4)1.1课题研究的背景 (4)1.2课题研究的意义 (4)2 虚拟仪器、LABVIEW、数据采集卡介绍 (5)2.1 虚拟仪器的介绍 (5)2.2 labview介绍 (5)2.3 数据采集卡介绍 (7)3 相位差测量原理 (8)3.1 相位差概念 (8)3.2 相关法 (9)4 整体方案设计 (10)5 硬件系统 (10)5.1 正弦信号发生电路 (10)5.2 数据采集卡 (12)6 软件系统 (12)6.1 前面板设计 (12)6.2 程序设计 (13)7 系统调试 (16)结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)1 绪论1.1课题研究的背景随着计算机技术、大规模集成电路技术与通信技术的快速发展，仪器技术领域也发生了巨大的变化。
基于LabVIEW的虚拟相位差仿真仪设计摘要在当前的测试领域中，传统的测试系统由于本身所固有的诸多弊端变得越来越不适应现代测试的要求，需要从新的方向上寻找突破点，以解决当前测试系统的问题。
于是基于虚拟仪器的测试系统应运而生，它利用虚拟仪器的柔性、可扩充性，大大提高了测试系统的开发效率、可维护性和测试精度，使之满足现代化生产的需求。
本文介绍基于LabVIEW的虚拟相位差仿真仪设计，并对其进行分析。
它可以执行两同频正弦波信号的相位差测量和分析, 改变了传统相位差计设计思路,用软件代替了硬件，通过波形采样来计算分析，具有友好的人机界面和显示周期幅值、相位差的计算等功能。
设计所需要的软件为美国NI公司（Nation Instrument）开发的LabVIEW语言。
关键词：LabVIEW，虚拟仪器，相位差，相关法，正弦波IAbstractIn current test realm, the traditional test system becomes proper many irregularities because of oneself less and less request of adapt the modern test, need to be from the new direction up look for to break to order, to resolve the problem of the current test system.Hence according to conjecture instrument of test system emerge with the tide of the times, it make use of the conjecture instrument of gentle, can enlarge sex, raised to test the development efficiency of the system consumedly and can support sex and test the accuracy, the need of the contented and modern production that makeThis text introduces according to the LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) Software to design Pressure Test and Control System. Combine as to it's carry on the analysis。
一种基于LabVIEW的相位法PSD微位移测量系统设计吴腾蛟;薛联;段莹;席锋;秦岚【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2011(30)12【摘要】PSD detection technique based on phase method has advantages of simple processing circuit, high detecting precision, strong anti-interference ability and good environmental adaptability, compared with amplitude method. A micro-displacement measurement system based on LabVIEW and 2D duo-lateral PSD is designed. Experimental results reveal that the phase difference of the PSD output signal and the light spot position have good linear relation,and the nonlinear error is less than0.1 %.%基于相位法的位置敏感探测器(PSD)检测技术较之幅值法具有处理电路简单、检测精度高、抗干扰能力强、环境适应性好等优点.利用二维双面分流型PSD 和LabVIEW虚拟仪器平台,实现了基于相位法的PSD微位移测量系统的设计.实验表明:PSD输出信号的相位差和光斑位置具有良好的线性关系,非线性误差小于0.1％.【总页数】3页(P116-118)【作者】吴腾蛟;薛联;段莹;席锋;秦岚【作者单位】重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044;重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TP212.1【相关文献】1.一种基于高精度PSD的称量系统设计 [J], 李海军;熊和金2.基于PSD的微位移测量系统研究 [J], 王帅帅;祝连庆;周维虎;董登峰;周培松3.基于PSD的微位移测量系统研究 [J], 程意;董登峰;周维虎;卢荣胜;林心龙4.一种基于DSP的PSD相位法位移检测系统的研究 [J], 翟昌民;秦岚;薛联;席锋;段莹5.基于PSD的激光微位移测量系统 [J], 蒋丽雁;李立群因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要采用虚拟仪器对信号的相位及相位差进行数字化测量，具有简单、易行、精度高的特点。
这与以往利用实际仪器仪表对相位的测量在操作上有着很大的不同。
LabVIEW就是基于虚拟仪器的开发环境，本文阐述了基于虚拟仪器技术在相位及相位差测量中的实际应用，根据电子测量的基本原理、计算方法和流程，利用了LabVIEW 的特有语言—G语言—对被测对象进行程序编译、运行、修改并最终显示运行结果。
本文分别对频率相同或者不同的信号进行相位差的测量，还对相关的锁相环进行了原理性的分析。
实验中具体测量了信号的频率，一周采样点数，相隔采样点数，相位差等因数。
最后给出了被测信号相位差的仿真结果。
实验结果以图形显示和数据显示的方式，对被测对象进行了准确地测量。
通过实验，实现了虚拟仪器对信号相位及相位差的测量。
虚拟仪器是电子测量中的新技术，有着广阔的发展前景，是实验、教学及检测领域的重要技术支持。
关键词: 虚拟仪器；Lab VIEW；电子测量；相位差┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ABSTRACTAdopting virtual instrument technique in the phase and the phase difference of the signal with digital measurement has characteristics of simplify, easy operation and high accuracy .This has the very big difference with the former phase measurement method.LabVIEW was based on the virtual instrument development environment, and this article elaborates the practical application of virtual instrument technology in the phase measurement. According to the basic theories、the computational method and the flow of electronic measurement, the experiment use the LabVIEW unique language (G language) to compile, run, correct the measured subject and eventually display the result. This thesis has measured respectively the phase difference of the signal having the same frequency and different signal. During the process of realizing the phase measurement, there are some steps including measuring the frequency of the signal and some factors such as the sample points in a cycle and phase difference and finally give out the simulation results of the phase of the measured signal. The result of experiment has measured the subject accurately by the means of displaying graph and data. The experiment has realized the measurement of signal phase in the virtual instrument.Virtual instrument is a new technique in electronic measurement, having vast development foreground, and is the important technique support of experiment, teaching and in the field of detection.Keywords: Hypothesized instrument; Lab VIEW; electronic measurement; phase difference┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录摘要 (1)第1章绪论 (5)1.1前言 (5)1.2研究目标 (6)1.3工作内容 (6)1.4论文结构 (7)1.5相位测量仪的概述 (7)1.5.1相位的定义 (7)1.5.2相位差的定义 (8)1.5.3相位测量方法及发展 (8)1.5.4相位差测量仪的应用 (9)1.6电子测量原理 (9)1.6.1 电子测量技术的发展状况 (9)1.6,3 电子测量仪器的发展 (11)第二章虚拟仪器及LABVIEW基础 (12)2.1虚拟仪器概述 (12)2.1.1 定义 (12)2.1.2 比较与差异 (12)2.1.3 虚拟仪器对电子测量的影响 (13)2.2 虚拟仪器的应用 (14)2.3虚拟仪器的发展前景 (16)2.3.1 虚拟仪器的国际市场发展前景 (16)2.3.2虚拟仪器的国内市场发展前景 (17)2.4L ABVIEW概述 (17)2.4.1Labview软件简介 (17)2.4.2Labview概述 (18)2.4.3Labview的应用 (18)第3章相位测量方法及原理 (20)3.1过零法 (20)3.1.1过零点法原理及其LabVIEW编程 (20)3.1.2过零法的误差 (21)3.2相关法 (21)3.2.1相关法原理 (21)3.2.2相关法测量相位差的误差 (22)3.3FFT频谱分析法原理 (22)第4章相位测量仪设计 (24)4.1设计要求 (24)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊4.2相关法 (24)4.2.1相关法相位设计程序主流程图 (24)4.2.2子模块设计 (25)4.2.3相关法程序图 (26)4.2.4相关法测试结果 (27)4.3过零法 (28)4.3.1过零法的设计框图 (28)4.3.2子模块设计 (29)4.3.3过零法程序图 (30)4.3.4过零法测试结果 (30)4.4频谱法 (31)4.4.1频谱法的设计框图 (31)4.4.2频谱法程序框图 (32)4.4.3频谱法测量结果 (32)第五章相位测量仪整体框图 (33)5.1过零法 (33)5.2相关法 (34)5.3频谱法 (35)5.4小结 (35)结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论1.1前言随着科学技术的发展，相位测量技术的应用已深入到许多领域和部门。
基于LabVIEW的相位式激光测距系统的软件设计与实现蔡薇;李昆【摘要】针对传统应用CPLD, FPGA或ARM等嵌入式处理器的相位式激光测距系统,本文运用美国NI公司推出的“图形化”程序开发环境( LabVIEW),设计实现了基于LabVIEW的相位式激光测距系统的软件程序,用于对被测目标距离测量时的程序控制和数据处理。
文章简述了相位式测距的基本原理及LabVIEW功能与实现,就相位式激光测距系统的程序控制和数据处理部分做了详细阐述,并给出了LabVIEW数据处理部分的相关测量仿真实验结果,为应用LabVIEW完成相位式激光测距的数据处理提供了一个可行的方案和参考。
%phase laser ranging system based on the traditional application of CPLD, FPGA, ARM or other embedded processors, we design and implement the software of the phase laser distance measuring system, for controlling processes and processing data in the target distance or length measurement.The software was written in the “graphical” programming environment( LabVIEW) which was launched by National Instrument company.This paper briefly introduces the basic prin-ciples of the phase distance measurement and implementation of LabVIEW function, the system control and data processing of the phase laser distance measuring system is introduced in detail, and the relevant measurement simulation and experi-mental results of the LabVIEW data processing part are given, providing a feasible scheme and reference dataprocessing phase laser ranging for LabVIEW application.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P66-70)【关键词】激光测距;LabVIEW;相位测量【作者】蔡薇;李昆【作者单位】中航发动机有限责任公司，北京100028;中航工业北京长城计量测试技术研究所，北京100095【正文语种】中文【中图分类】TP311.52;TB920 引言无论是航空、航天、兵器等国防军工领域，还是大地、工程测量等民用领域，对长度和距离的测量都是必不可少的。
基于LabVIEW的相位差测量研究与实现作者：***来源：《科技风》2022年第20期摘要：随着科学技术的飞速发展，相位差在工业控制、仪器仪表、汽车技术等诸多领域中都有着广泛应用，测量相位差在科學研究中变得越来越重要，文章阐述了相位差的概念、测量相位差的作用和意义。
在分析对比各种测量方法的特点之后，选择了利用相关分析原理来对相位差进行测量。
首先在软件中模拟了两路同频的正弦信号来测量相位差，然后通过NI公司提供的NI-PCI-6036E数据采集卡搭建了一个平台来对实际的两路信号进行测量，该方法是在LabVIEW平台上通过图形化编程语言来实现，和传统的相位差测量方法相比，相关分析法具有抗干扰能力强、测量精度高的特点，利用LabVIEW软件搭建的测量平台使用起来方便、编程容易，最终的用户界面较好，具有操作简便、实用等优点。
关键词：相位差;测量;虚拟仪器（LabVIEW）;相关分析1 常见的相位差测量方法1.1 直接测量法相位差可以通过在双踪示波器中显示的两路波形来确定，如图1所示，在相同的时间周期内，两个波形与横坐标的两个交点（正斜率过零点或负斜率过零点）之间的坐标值即为两者的相位差所对应的时间，先到达零点的为超前波，图1中所示，i2滞后u2。
相位差与过零点的选取没有关系。
该方法适用于信号幅值较大的场合，要预先对被测量信号进行滤波处理来去掉被测信号中的杂质信号，为了使测量的结果更加精确可靠，应该对过零点附近的测量值进行最小二乘法（残差平方和最小）直线拟合处理。
因此，通过该方法测量相位差会有很大的误差，其原因有：第一，在确定过零点的时间时，如果没有精度较高的仪器，就会出现很大的时间误差;第二，在进行滤波和去噪处理时，有可能造成原始信号的失真;第三，使用最小二乘法对数据进行拟合时，也有可能产生一定的误差。
1.2 脉冲响应法1.3 相敏检波法2 基于虚拟仪器的相位差相关法测量3 基于虚拟仪器相位差相关法的硬件实现通过以上的分析可知，在电类学科中用相关分析原理来进行相位差的测量具有很大的实用价值，并且利用图形化编程语言来编程实现具有很大的发展前景。
虚拟仪器技术
电 子 测 量 技 术
ELECT RON IC M EASU REMEN T TECH N OL OGY
第33卷第6期2010年6月
基于LabVIEW 的相位差测量技术的
研究与实现*
苗立交 杨新华
(兰州理工大学电气工程与信息工程学院 兰州 730050)
摘 要:针对传统仪器存在的测量方法精度不高、运算速度慢、设备昂贵等缺点,文中基于虚拟仪器平台,利用快速傅里叶变换(FF T )算法来测量信号的相位差,以达到节约成本且测量结果更加精确的目的。
实验结果说明基于L abV IEW 测量相位差具有良好的实时性和准确度。
关键词:虚拟仪器;相位差;FFT
中图分类号:T M 933.3 文献标识码:A
Phase difference measurement technology research and
implementation based on LabVIEW platform
M iao L ijiao Yang X inhua
(College of Elec&ln fo Eng under Lanzh ou Un iversity of T echnology,Lan zhou 730050)
Abstract:Existence of the tr aditio nal instr uments measur ing method accuracy is not hig h,the speed is slow and the instr ument is ex pensive,this pa per based o n v ir tual instrument,the use of F ast Fo ur ier T ransform (F FT )algo rithms t o measur e the phase differ ence sig nal.It is pro ved that not only the r esults is mo re accur ate,but also requir ements of t he hardw are cir cuit is gr eat ly reduced and sav ed costs.Keywords:virtual instr ument;phase differ ence;F FT
*基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目(2007 GS04794)
0 引 言
信号的相位差测量在电子技术、电力系统、工业控制等许多领域有着广泛的应用。
传统的相位差测量常用硬件电路来实现。
随着传感器技术的发展,其输出信号的多样性和复杂性也不断增加,所以,测试系统在信号进入数据采集卡之前所要处理的信息量也不断增大,然而,大量信息量的处理对硬件的要求也会越来越高,这必将会提高产品成本。
随着基于计算机的测试系统应用越来越普遍,国内外许多厂家研制出各种软件来测量数据。
用软件测量,不仅能抗干扰,而且使得测量速度更快,测量结果更加精确,还具有实时性,交互性。
本文所研究的是基于虚拟仪器,利用快速傅里叶变换(FFT )算法测量信号的相位差,以达到使测量结果更精确、硬件成本更低的目的。
1 FFT 测量原理
通过对两个被检测信号进行频谱分析,分别获得这两个信号的相频特性,然后计算这两个信号在主频率处的幅
值,根据幅值计算这两个信号的相位,最终求得相位差。
在一个周期内,绝对可积的任一周期函数x(t)可以展
开成傅里叶级数[1]:
x (t)=
n=0
(a n
cos n t +
b n sin n t)=
A 0+
n=1(a n
cos n t +
b n s in n t)=
A 0+
n=1
A
n
sin (n t + n )
式中:a n ,b n 为傅里叶系数:
a n =2T
!
- x(t)c os n t d t b n =
2
T !
-
x(t)sin n t d t n 为n 次谐波的初相位,其中基波的初相位为: 1=arctan
a 1
b 1
对模拟信号x 1(t)和x 2(t)进行变为离散信号。
如果
在模拟信号x (t)的一个周期内采集N 个样本,他们的基波
∀
79∀
第33卷
电 子 测 量 技 术
傅里叶系数分别如下所示:
a 11=2N N-1k=0x 1(k)cos 2 k N
b 11=
2N
N-1k=0
x
1
(k)sin
2 k N
11=arctan a 11b 11
a 21=
2N N-1
k=0x 2(k)cos
2 k N b 21=
2N
N-1
k=0
x
2
(k)sin
2 k N
21=arctan
a 21
b 21
根据DFT 的性质,x(n)是实序列,则X R (k)=X R (-k)=X R (N -k)X I (k)=-X I (-k)=-X I (N -k)|X (k)|=|X (N -k)|
则x 1(t)的基波分量与x 2(t)的基波分量的相位差为:
= 11- 21=arct an a 11b 11-arctan
a 21
b
21
2 测量信号相位差的实现过程
根据已确定的测量方法,系统的组成及原理方框图[2 3]
如图1所示。
图1 系统的组成及原理方框
为了验证测量方法的准确性,系统中采用两个标准的已知的正弦波作为测试信号。
信号经A/D 采样[4]
,由U SB 芯片把采集的样本送到PC,通过LabV IEW 的上位机数据采集存储程序把采集的样本以电子表格的形式存储
在电脑的D 盘[5]。
数据采集存储程序如图2所示,此数据
采集存储程序采集的是正弦波信号s in(w t )的数据,并以sin(w t ).xls 为文件名存储在D 盘根目录下。
同理采集的正弦波信号sin (w
t + )的数据以sin(w t + ).xls 的形式也存储在D 盘根目录下。
图2 数据采集存储程序
计算机可处理的信号长度总是有限的,而信号的长度可以是无限长的,这样在处理信号时必然就进行了长度上的截断,相当于给被处理的信号加窗处理[6]。
这样信号就产生了泄漏,造成失真。
为了抑制矩形框所引起的泄漏,
可以采用合适的窗函数来改进。
而根据在硬件电路中确定的模拟信号的周期T ,并对此信号整周期截取,采取此方法不但可以抑制泄漏和还可以避免柵栏效应[7 8]。
图3为数据运算处理程序。
∀
80∀
苗立交等:基于LabVIEW的相位差测量技术的研究与实现第6期
图3 数据运算处理程序
给定的验证值与利用快速傅里叶变换(FFT)算法计算的结果比较情况见表1。
表1 给定的验证值与FFT算法计算的结果比较情况
给定 (#)相位差 (#)相对误差(%) 3029.9914-0.029
4544.9921-0.017
9089.9859-0.016
120119.9713-0.024
180179.9541-0.025
从表1可见利用快速傅里叶变换(FFT)算法测量信号的相位差其相对误差在0.02%左右,它的精度是相当高的。
3 结 论
从实验结果可以看出,通过虚拟仪器LabVIEW平台不但可以灵活的控制A/D采集的样本数并实现相位差的测量,而且测量精度是传统仪器难以达到的。
这样就成功解决了用硬件处理数据速度慢、成本高的难题,为代替传统硬件平台仪器在精确性和实时性上提供了保证。
参考文献
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清华大学出版社.
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2006,14(3):13 15.
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[8] 冀伟,李俊,王涛,等.傅里叶变换在虚拟仪器
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931 932.
作者简介
苗立交,男,1980年12月出生,兰州理工大学在读研究生。
主要研究方向为智能仪器仪表。
E mail:xiaomiao4460@
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∀。
