8.3.2 波形调理

波形调理主要用于对信号进行数字滤波和加窗处理。波形调理VI节点位于“函数选板”→“信号处理”→“波形调理”子选板中，如图8-78所示。

图8-78 波形调理子选板

下面对波形调理选板中包含的VI及其使用方法进行介绍。

1.数字FIR滤波器

数字FIR滤波器可以对单波形和多波形进行滤波。如果对多波形进行滤波，则VI将对每一个波形进行相同的滤波。信号输入端和FIR滤波器规范输入端的数据类型决定了使用哪一个VI多态实例。数字FIR滤波器VI的节点图标和端口定义如图8-79所示。

该VI根据FIR滤波器规范和可选FIR滤波器规范的输入数组来对波形进行滤波。如果对多波形进行滤波，VI将对每一个波形使用不同的滤波器，并且会保证每一个波形是相互分离的。

FIR滤波器规范：选择一个FIR滤波器的最小值。FIR滤波器规范是一个簇类型，它所包含的信息如图8-80所示。

图8-79 数字FIR滤波器

图8-80 FIR滤波器规范和可选FIR滤波器规范

拓扑结构：决定了滤波器的类型，包括的选项是Off（默认）、FIR by Specification、Equi-ripple FIR和Windowed FIR。

类型：类型选项决定了滤波器的通带。包括Lowpass（低通）、Highpass（高通）、Bandpass（带通）和Bandstop（带阻）。

抽头数：FIR滤波器的抽头的数量。默认值为50。

最低通带：两个通带频率中低的一个。默认值为100 Hz。

最高通带：两个通带频率中高的一个。默认值为0 Hz。

最低阻带：两个阻带中低的一个。默认值为200 Hz。

最高阻带：两个阻带中高的一个。默认值为0 Hz。

可选FIR滤波器规范：用来设定FIR滤波器的可选的附加参数，是一个簇数据类型，如图8-80所示。

通带增益：通带频率的增益。可以是线性或对数来表示。默认值为-3 dB。

阻带增益：阻带频率的增益。可以是线性或对数来表示。默认值为-60 dB。

标尺：决定了通带增益和阻带增益的翻译方法。

窗：选择平滑窗的类型。平滑窗将减小滤波器通带中的纹波，并改善阻带中滤波器衰减频率的能力。

2.数字IIR滤波器

输出信号通过数字IIR滤波器VI进行滤波。通过IIR滤波器规范和可选IIR滤波器规范簇中包含的输入控件可以对滤波器的滤波参数进行调节。当拓扑结构选择Off时，滤波器被关闭，波形图中输出的是仿真信号VI输出的信号波形。演示的程序前面板及运行结果如图8-81所示，程序框图如图8-82所示。

图8-81 程序的前面板及运行结果

数字IIR滤波器可以对单个波形或多个波形中的信号进行滤波。数字IIR滤波器VI的节点图标和端口定义如图8-83所示。

图8-82 程序框图

图8-83 数字IIR滤波器

3.连续卷积（FIR）

该项功能为将单个或多个信号和一个或多个具有状态信息的kernel相卷积，该节点可以连续调用。连续卷积（FIR）VI的节点图标和端口定义如图8-84所示。

图8-84 连续卷积（FIR

信号输入：输入要和kernel进行卷积的信号。

kernel：被信号输入端输入的信号进行卷积的信号。

算法：选择计算卷积的方法。当算法选择为direct时，VI使用直接的线性卷积进行计算。当算法选择frequency domain（默认）时，VI使用基于FFT的方法计算卷积。

将输出延迟半个kernel长度的时间：当该端口输入为TRUE时，将输出信号在时间上延迟半个kernel的长度。半个kernel长度是通过0.5×N×dt得到的。N为kernel中的元素的个数，dt为时间间隔。

4.按窗函数缩放

该项功能为对输入的时域信号加窗。根据信号输入的类型不同将使用不同的多态实例。按窗函数缩放VI的节点图标及端口定义如图8-85所示。

5.波形对齐（连续）

该项功能为将波形按元素对齐，并返回对齐的波形。根据波形输入端输入的波形类型不同将用不同的多态VI。波形对齐（连续）VI的节点图标和端口定义如图8-86所示。

图8-85 按窗函数缩放

图8-86 波形对齐（连续

6.波形对齐（单次）

该项功能为使两个波形的元素对齐并返回对齐的波形。根据连线至波形输入端的数据类型可以确定使用的多台实例。波形对齐（单次）VI的初始图标如图8-87所示。

7.滤波器

该Express VI用于通过滤波器和窗对信号进行处理。在“函数选板”→“Express”→“信号分析”子选板中也包含该VI。滤波器Express VI的初始图标如图8-88所示。滤波器Express VI也可以像其他Express VI一样对图标的显示样式进行改变。

图8-87 波形对齐（单次

图8-88 滤波器

当滤波器Express VI放置在程序框图上时，弹出图8-89所示的“配置滤波器”对话框。使用鼠标左键双击滤波器图标或者在右键快捷菜单中选择“属性”选项也会显示该配置对话框。

图8-89 “配置滤波器”对话框

在该对话框中可以对滤波器Express VI的参数进行配置。下面对话框中的各选项进行介绍。

（1）滤波器类型

在下列滤波器中指定使用的类型：低通、高通、带通、带阻和平滑。默认值为低通。

（2）滤波器规范

截止频率（Hz）：指定滤波器的截止频率。只有从滤波器类型下拉菜单中选择低通或高通时，才可以使用该选项。默认值为100。

低截止频率（Hz）：指定滤波器的低截止频率。低截止频率（Hz）必须比高截止频率

（Hz）低，且符合Nyquist准则。默认值为100。只有从滤波器类型下拉菜单中选择带通或带阻时，才可以使用该选项。

高截止频率（Hz）：指定滤波器的高截止频率。高截止频率（Hz）必须比低截止频率

（Hz）高，且符合Nyquist准则。默认值为400。只有从滤波器类型下拉菜单中选择带通或带阻时，才可以使用该选项。

有限长冲激响应（FIR）滤波器：创建一个FIR滤波器，该滤波器仅依赖于当前和过去的输入。因为滤波器不依赖于过往输出，在有限时间内脉冲响应可衰减至零。因为FIR滤波器返回一个线性相位响应，所以FIR滤波器可用于需要线性相位响应的应用程序。

抽头数：指定FIR系数的总数，系数必须大于零。默认值为29。只有选择了有限长冲激响应（FIR）滤波器选项，才可以使用该选项。增加抽头数的值，可以使带通和带阻之间的转化更加急剧。但是，抽头数增加的同时会降低处理速度。

无限长冲激响应（IIR）滤波器：创建一个IIR滤波器，该滤波器是带脉冲响应的数字滤波器，它的长度和持续时间在理论上是无穷的。

拓扑结构：确定滤波器的设计类型。可创建Butterworth、Chebyshev、反Chebyshev、椭圆或Bessel滤波器设计。只有选中了无限长冲激响应（IIR）滤波器，才可以使用该选项。默认值为Butterworth。

阶数：IIR滤波器的阶数必须大于零。只有选中了无限长冲激响应（IIR）滤波器，才可以使用该选项。默认值为3。阶数值的增加将使带通和带阻之间的转换更加急剧。但是，阶数值增加的同时，处理速度会降低，信号开始时的失真点数量也会增加。

移动平均：产生前向（FIR）系数。只有从滤波器类型下拉菜单中选择平滑时，才可以使用该选项。

矩形：移动平均窗中的所有采样在计算每个平滑输出采样时有相同的权重。只有从滤波器类型下拉菜单中选中平滑，且选中移动平均选项时，才可以使用该选项。

三角形：用于采样的移动加权窗为三角形，峰值出现在窗中间，两边对称斜向下降。只有从滤波器类型下拉菜单中选中平滑，且选中移动平均选项时，才可以使用该选项。

半宽移动平均：指定采样中移动平均窗的宽度的一半。默认值为1。若半宽移动平均为M，则移动平均窗的全宽为N=1+2M个采样。因此，全宽N总是奇数个采样。只有从滤波器类型下拉菜单中选中平滑，且选中移动平均选项时，才可以使用该选项。

指数：产生首序IIR系数。只有从滤波器类型下拉菜单中选择平滑时，才可以使用该选项。

指数平均的时间常量：指数加权滤波器的时间常量（秒）。默认值为0.001。只有从滤波器类型下拉菜单中选中平滑，且选中指数选项时，才可以使用该选项。

（3）输入信号

该项功能为显示输入信号。如将数据连往Express VI，然后运行，则输入信号将显示实际数据。如关闭后再打开Express VI，则输入信号将显示采样数据，直到再次运行该VI。

（4）结果预览

该项功能为显示测量预览。如将数据连往Express VI，然后运行，则结果预览将显示实际数据。如关闭后再打开Express VI，则结果预览将显示采样数据，直到再次运行该VI。

（5）查看模式(https://www.daowen.com)

信号：以实际信号形式显示滤波器响应。

显示为频谱：指定将滤波器的实际信号显示为频谱，或保留基于时间的显示方式。频率显示适用于查看滤波器如何影响信号的不同频率成分。在默认状态下，按照基于时间的方式显示滤波器响应。只有选中信号，才可以使用该选项。

传递函数：以传递函数形式显示滤波器响应。

（6）坐标模式

幅度（dB）：以dB为单位显示滤波器的幅度响应。

对数坐标频率响应：在对数标尺中显示滤波器的频率响应。

（7）幅度响应

显示滤波器的幅度响应。只有将查看模式设置为传递函数，才可以用该显示框。

（8）相位响应

显示滤波器的相位响应。只有将查看模式设置为传递函数，才可以用该显示框。

8.对齐和重采样

该Express VI用于改变开始时间，对齐信号或改变时间间隔，对信号进行重新采样。该Express VI返回经调整的信号。对齐和重采样Express VI的初始图标如图8-90所示。该Express VI的图标也可以像其他Express VI图标一样改变显示样式。

图8-90 对齐和重采样VI

将对齐和重采样Express VI放置在程序框图上后，将显示“配置对齐和重采样”对话框。在该对话框中，可以将对齐和重采样Express VI的各项参数进行设置和调整，如图8-91所示。

图8-91 “配置对齐和重采样”对话框

下面对话框中的各个选项进行介绍。

(1）采集类型

单段：每次循环分别进行对齐或重采样。

连续：将所有循环作为一个连续的信号段，进行对齐或重采样。

(2）对齐

对齐信号，使信号的开始时间相同。

(3）对齐区间

全程：在最迟开始的信号的起始处及最早结束的信号的结尾处补零，将信号的开始和结束时间对齐。

公有：使用最迟开始信号的开始时间和最早结束信号的结束时间，将信号的开始时间和结束时间对齐。

4）重采样

按照同样的采样间隔，对信号进行重新采样。

5）速率

最小dt：取所有信号中最小的采样间隔，对所有信号重新采样。

指定dt：按照用户指定的采样间隔，对所有信号重新采样。

Dt 列表框：由用户自定义采样间隔。默认值为1。

参考信号：按照参考信号的采样间隔，对所有信号重新采样。

（6）插值模式

重采样时，可能需要向信号添加点。插值模式控制LabVIEW如何计算新添加的数据点的幅值。插值模式包含下列选项。

线性：返回的输出采样值等于时间上最接近输出采样的两个输入采样的线性插值。

强制：返回的输出采样值等于时间上最接近输出采样的输入采样的值。

样条插值：使用样条插值算法计算重采样值。

FIR滤波：使用FIR滤波器计算重采样的值。

（7）FIR滤波器参数

抗混叠衰减（dB）：指定重新采样后混叠的信号分量的最小衰减水平。默认值为120。只有选中FIR滤波，才可以使用该选项。

归一化带宽：指定新的采样速率中不衰减的比例。默认值为0.4536。只有选择了FIR滤波，才可以使用该选项。

（8）开区间

指定输入信号属于开区间还是闭区间。默认值为TRUE，即选中开区间。例如，假设一个输入信号t0 = 0，dt = 1，Y = {0, 1, 2}。开区间返回最终时间值2；闭区间返回最终时间值3。

（9）采样输入数据

显示可用作参考的采样输入信号，确定用户选择的配置选项如何影响实际输入信号。如将数据连往该Express VI，然后运行，则采样输入数据将显示实际数据。如果关闭后再打开Express VI，则采样输入数据将显示采样数据，直到再次运行该VI。

（10）结果预览

显示测量预览。如果将数据连往Express VI，然后运行，则结果预览将显示实际数据。如果关闭后再打开Express VI，则结果预览将显示采样数据，直到再次运行该VI。

VI的输入端子可以对其中默写参数进行调节，使用方法请参见以上对配置窗口中对选项的介绍。

9.触发与门限

触发与门限Express VI用于使用触发、提取信号中的一个片段。触发器状态可基于开启或停止触发器的阈值，也可以是静态的。触发器为静态时，触发器立即启动，Express VI返回预定数量的采样。触发与门限Express VI的初始图标如图8-92所示。该Express VI的图标也可以像其他Express VI图标一样改变显示样式。

图8-92 触发与门限VI

将触发与门限Express VI放置在程序框图上后，将显示“配置触发与门限”对话框。在该对话框中，可以对触发与门限Express VI的各项参数进行设置和调整，如图8-93所示。

下面对配置对话框中的各选项及其使用方法进行介绍。

（1）开始触发

阈值：使用阈值指定开始触发的时间。

起始方向：指定开始采样的信号边缘。选项为上升、上升或下降、下降。只有选择阈值时，才可以使用该选项。

起始电平：Express VI开始采样前，信号在起始方向上必须到达的幅值。默认值为0。只有选择阈值时，该选项才可以用。

之前采样：指定起始触发器返回前发生的采样数量。默认值为0。只有选择阈值时，该选项才可用。

即时：马上开始触发。信号开始时即开始触发。

图8-93 “配置触发与门限”VI

（2）停止触发

采样数：当Express VI采集到采样中指定数目的采样时，停止触发。

采样：指定停止触发前采集的采样数目。默认值为1000。

阈值：通过阈值指定停止触发的时间。

停止方向：指定停止采样的信号边缘。选项为上升、上升或下降、下降。只有选择阈值时，才可以使用该选项。

停止电平：Express VI开始采样前，信号在停止方向上必须到达的幅值。默认值为0。只有选择阈值时，该选项才可以用。

（3）常规

切换通道：如动态数据类型输入包含多个信号，指定要使用的通道。默认值为0。

出现触发时重置：每次找到触发后均重置触发条件。如果选中该选项，“触发与门限”Express VI每次循环时，都不将数据存入缓冲区。如果每次循环都有新数据集合，且只需找到与第一个触发点相关的数据，则可勾选该复选框。如果只为循环传递一个数据集合，然后在循环中调用“触发与门限”Express VI获取数据中所有的触发，勾选该复选框。如未选择该选项，“触发与门限”Express VI将缓冲数据。需要引起注意的是，如在循环中调用“触发与门限”Express VI，且每个循环都有新数据，该操作将积存数据（因为每个数据集合包括若干触发点）。因为没有重置，来自各个循环的所有数据都进入缓冲区，方便查找所有触发。但是不可能找到所有的触发。