虚拟仪器的测量原理

时间：01-09 来源：互联网点击：

在嵌入式系统设计中，由于CPU的运算能力和内存大小的限制，对交流信号的测量基本上都是采用等周期测量的方式（实质是一种单周期的测量方式）。对被测信号的采样需要满足下式：
式1－3
式中：
T——被测信号的周期
n——被测信号一个周期内的采样点数，常数
Ts——采样时间间隔

满足式 1－3 的采样关系，被称为等周期采样。等周期采样的实质是：采样频率必须是信号周期的整倍数（约定常数），这样可以避免采样截断后所产生的泄露。

实际上，由于信号自身稳定性和噪声干扰的存在，以及信号频率与采样频率不是整倍数的关系等，通常会很难满足式 1－3 的要求。这样就会带来采样截断后泄露所引起的测量误差［7］。
为了解决这个问题，在嵌入式系统设计中大多都采用加窗处理及采用等周期准同步采样的方法（这里同步的概念不同于同步采样，这里的同步指的是采样频率与被测信号周期的同步，包括硬件同步或软件同步）。当然，无论加窗还是采用硬件同步还是软件的同步都大大的增加了系统的复杂性。

那么在虚拟仪器中能够解决或避免此类问题的发生吗？

在虚拟仪器采样测量中，由于采样点数可以选取的较多，这样就可以将采样截断后所产生的泄露影响大大降低。
同时，虚拟仪器采样测量中最可取的是：虚拟仪器的采样是一种多周期的连续采样，同样可以降低泄露所带来的影响。二者的综合作用结果，基本上可以将泄露的影响降低到完全可以忽略的程度。

例如，在50Hz工频信号的测量中，如果将采样频率Fs设定为50kHz，而读取数据点数#s设为50000S／s。相当于每次提取50个周期的数据进行分析处理，而每个周期包含了1000个数据点。凭借着商业化计算机的强大运算能力及图形化软件的处理优势，这种多点数、多周期的测量几乎无法察觉泄露所带来的影响，经实践验证其测量结果即稳定又准确。
显然，这是虚拟仪器所具有独到的优势。因数据处理量庞大、计算方法复杂这是嵌入式系统很难做得到的。

这几个例子说明，虚拟仪器采样式的测量可以简化测量方式，改变测量理念。比如虚拟仪器的硬件是数据采集模块（标准模块），它抛弃了传统仪器中的AC—DC 转换器和过零触发电路、计数器等专用的硬件电路。不同的软件处理的方式提供了对测量分析的结果。最终的效果就是提高测量结果的可信度。受益的还是使用虚拟仪器的用户。

也就是说：采样获得的数据并不决定测量功能，测量功能的实现依赖于使用什么分析处理函数（VI）。测量功能的改变靠软件来实现。所以它的测量功能是可以由用户或设计者自己来定义、实现的。

其实，虚拟仪器还有更多的特点。

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