频谱仪器如何使用？操作界面如何正确使用

1）注重应试的教育体制重理论轻实践。

（2）与我国的国情导致的教育资金投入有限，实验设备和器材缺乏有关。众所周知，仪器是实验的基础，要保证测试实验的开设质量，就要同时购置多套先进而昂贵的仪器。还有一个方面的原因是传统的实验要使用多种仪器，而且不同实验所用的仪器也不尽相同，故不仅价值昂贵，体积大，占用空间多，而且相互连接也十分麻烦。

（3）仪器一旦损坏维修和重新购置就造成很大的经济损失。因此，好多从事这方面课的教学的老师都是苦于没有足够的仪器设备，觉的教学效果不太理想。因此，本课题就是希望通过研究，利用现代科技的新成果，来找到解决实际问题的新途径。探索研究测量的新技术、新方法。利用现代化的教学手段建立虚拟仪器，它的实验效果跟实验室的结果基本一样，却可以节约不少财力、人力，而且能节省时间。在实验室、生产车间和户外现场，为完成某项测试和维修任务，通常需要许多仪器，如：示波器、磁带机、频谱分析仪等等。由众多的仪器构成的测试系统，价格昂贵，体积庞大，连接和操作复杂，测试效率低。而利用PC机资源(处理器、存储器、显示器等)、仪器硬件(传感器、信号调理器等)和数据采集、过程通讯、信号处理及图形用户界面的应用软件有效的结合，将在教学中非常有用。而且可以实现基于网络的实验室建立，有如下优点[1][ 2][3]：

（1）低成本GX率。因为在计算机和软件的情况下就可以做各种实验。既减少实验室投资及建设的个数，又提高实验室的利用率，解决了因实验设备、实验场地、教学经费等方面而使一些本应该开设的实验无法进行的问题。

（2）高度开放性与资源共享性。不受时间和空间制约。可以随时随地进入虚拟实验室，节省教学资源、快速反馈教学问题。

（3）实验操作安全。进行虚拟实验可避免直接接触的威胁，这对实验技巧不高的初学者是非常重要的。

（4）快速响应教学实习的需求。当现实实验室不具备时，可利用虚拟实验室来代替，这样，虚拟教学、虚拟实验、现实实验三者相结合。满足不同条件的学校教学需要。

按照虚拟仪器思想构建的测试系统提高了测量精度、测量速度，减少了开关、电缆，系统易扩充、易升级，成本低，效率高。

利用这种软件开发平台很适合实验教学中应用，实用价值很高

1.2虚拟仪器发展现状
虚拟仪器概念Z早是由美国国家仪器公司(National Instruments，简称NI)[4] [5] [6] [7]提出的。1986年，NI公司推出图形化的虚拟仪器编程语言LabVIEW，标志着仪器设计软件平台基本成形，虚拟仪器从概念构思变为工程师可实现的具体对象。

随着计算机技术一日千里的发展，用微机进行数字化动静态测试分析的理想终于成为现实。其中的几个关键技术现都已解决：①微机的精度、速度；②模数转换的精度、速度；③内存、硬盘的存储量和速度；④计算机与A/D价格越来越低；⑤加上各种功能的专用软件的迅速发展，及时地带动了虚拟仪器技术的迅猛发展[8]。

虚拟仪器与传统仪器的比较见表1-1

表1-1 虚拟仪器与传统仪器对比

虚拟仪器
传统仪器

仪器功能由用户自己定义
仪器功能由厂商定义

面向应用的系统结构，可方便与网络外设等连接
与其他仪器设备的联结十分有限

友好的用户界面，计算机读数、分析处理
图形界面小，人工读数、信息量少

数据可编辑、存储、打印
数据无法编辑

关键是软件
关键是硬件

价格低廉、可重用与可重置性能强
价格昂贵

基于计算机技术开发的的功能模块，可构成多种仪器
系统封闭，功能固定、可扩展性低

基于软件系统的结构，大大节省开发维护费用
开发维护费用高

技术更新周期短（1~2年）
技术更新周期长（5~10年）

个人可拥有一个实验室
多为实验室等部门所拥有

1.3 本课题的主要研究内容
研究利用图形化编程语言LabVIEW进行电子课程的虚拟仪器的开发设计。

(1) 针对电子课程实验提出了虚拟仪器的设计方案；

(2) 设计和选用了仪器的硬件系统及构成部件；

(3)利用图形化编程语言LabVIEW进行了电子课程的虚拟仪器系统软件设计；

(4) 对电子课程的实验进行了详细设计和规划。

2 电子虚拟仪器测量系统的总体设计方案
2.1 测量系统的总体设计思想
本课题主要设计是面向高职高校的电子课程实验，为了让电子课程的教学与学习、实验效果更好，并探索虚拟仪器的应用。在设计上体现的主要思想原则如下：

（1）先进性

本实验系统采用美国国家仪器公司的虚拟仪器平台LabVIEW软件为开发平台，根据实际需求，结合各方面情况选择了以PC-DAQ为体系结构的虚拟仪器，在传统硬件测量系统的基础上，选配必要的传感器、信号调理器和数据采集卡等硬件组成测试系统。

（2）实用性

虽然是虚拟仪器，但做的屏幕外形尽量与传统仪器的外观相像，使学生和老师以及专业人员一看就明白，LabVIEW使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面。针对电子测量课程，利用LabVIEW设计大量仪器面板中的控制对象，如表头旋纽、图表、示波器等，可供教学实验用。

（3）开放性

将于本实验相关的接线端子、外围设备等相关信号都可以通过插座，相互连接。

（4）专业性

针对电子实验的特殊实验内容。设计软件功能，主要有波形测量、数据绘表。

万用表使用方法是练习、二极管及三极管的测量和伏安特性曲线的测绘等。

（5）可扩充性

LabVIEW软件是模块化结构，所以根据需要增加新的功能模块非常容易。需要增加的功能可以随时增加到主程序里，当然要连接好后面板程序端子就可。

2.2硬件系统设计选择
目前虚拟仪器已发展成具有GPIB， PC-DAQ， VXI和PXI多种标准体系结构。本测量系统选择以PC-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器结构形式[27][29][32]。它的优点：

1）可以很方便的组建基于计算机的仪器，实现“一机多型”和“一机多用”的性能。

2）随着A/D转换技术、仪器放大技术、抗混叠滤波技术与信号调理技术的迅速发展，DAQ的采样速率已达到1 GB/s，精度高达24位，通道数高达64个，并能任意结合数字I/O、模拟I/O、计数器/定时器等通道。

3）它既具有仪器的测量品质，又能满足测量仪器的多样性。

2.3软件设计思路
在虚拟仪器的实际设计中，一般采用由上至下的设计方法，首先根据系统的总体需求，将系统划分为各个功能模块。根据测试的需要，一般来讲程序至少应包含以下模块：

1）数据采集模块；

2）数据分析模块；

3）结果显示；

4）数据存储与回放模块、帮助模块。为将各模块集成到一起，还需要设计一个主界面来实现各模块的调用。

2.4 实验设计方案及实验原理
电子课程虚拟仪器系统研究的主要内容有：模拟量测量模块、虚拟示波器实验模块、虚拟函数发生器模块。

实验方案

1）利用虚拟示波器模块，结合示波器测量相位差的三种方法、组建示波器测量相位的VI程序模块。

2）利用本系统的模拟量模块测量温度。研究电阻、半导体、电容等元件对温度敏感性，研究它们的性能度随工作时间的变化规律，绘出随时间变化的曲线。

3 硬件设计
按照测控功能硬件的不同，虚拟仪器可分为GPIB、VXI、 PXI和PC-DAQ四种标准体系结构，用来进行信号采集、传输、控制等。

无论哪种VI系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式PC或工作站等各种计算机平台加上应用软件而构成的，实现使用计算机的全数字化的采集测试分析。

4 软件平台设计与开发
利用虚拟仪器组成电子实验虚拟仪器系统的关键在于软件系统，它包括系统软件和应用软件。系统软件提供了检测系统的工作环境，本系统采用Windows操作系统，无论开发还是使用都很优越；应用软件包括：检测程序、检测数据库、信号分析等。该检测系统在基本硬件支持下，利用计算机为用户提供测量与控制界面，在计算机的控制下获得测量结果并实现采集数据的分析与处理，Z后通过窗口界面输出测试结果或绘制参数曲线。因此，软件系统是该检测系统的核心，也体现了“软件就是仪器”的思想。

4.1 软件平台选择
LabVIEW ( Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是基于图形化编程语言(G Language)的开发环境，是一种强有力的虚拟仪器开发工具，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域。

4.2 功能模块的实现
4.2.1 数据采集模块的实现
测试系统主框图程序数据采集系统的基本任务是采集测量现实世界的物理信号，在几乎所有涉及到数字信息处理的领域中，数据采集系统都是其核心部分之一。LabVIEW的数据采集程序包括了许多公司数据采集(DAQ)卡的驱动控制程序。采集设置 VI子程序完成系统设置的功能，在这个程序界面中，主要完成功能-数据采集卡参数的设定。

4.2.2 数据分析模块的实现
在实际工程应用中，信号的获取只是其中的一方面，由于测试过程中受到测试系统内、外部各种因素的影响，所测得的信号不可避免的还夹杂着一些不需要的成分。因此，通过测试装置及系统测得信号以后，还需要进一步对信号进行相应的分析和处理，将蕴含在信号中的有用信息识别、提取出来。

4.2.3数据的记录与数据回放模块的实现
提供文件输入输出函数位于函数模板的File I/O子模板和Waveform→Waveform File I/O子模板中。分别用于数据文件和波形文件存取。如4-12图所示。

4.2.4 数据打印模块
打印模块可以根据需要打印的项目，轻易地来更改打印前面板实现的。实现打印功能方法：选中AutomaticallyVI的属性VIProperties来rint Panel Every Time VI Completes Executions项即可。

4.2.5 帮助模块
帮助模块的方程实现相对来说比较简单，但是同样比较重要，

5 实验测试与结果分析
5.1 实验测试
根据所设计的虚拟仪器程序，为了验证这一虚拟测试系统的可行性和准确性，通过具体实验来加以验证。

这里举了2个例子：一是用测量系统的虚拟示波器做测量相位差；一个是虚拟温度测量温度的实验。

6 总结与展望
6.1全文总结
本文从整个测试系统的各个构成要素及对数据的分析处理等各方面进行了详细的阐述，主要的工作内容和结论可归纳如下：

1）测试系统模块的建立。针对电子课程的教学需要，结合传统仪器测量的方式方法，设计出本系统的各子模块的程序，安排好各自的结构设计。

2）论文分别从硬件和软件方面对系统进行了设计。3）增加了频谱分析功能、谐波分析功能。通过对系统采集到的波形数据进行频谱分析，可以很容易的被测试信号的固有频率。

4）本文针对组建示波器实验的软件程序，并对其中所有可能的干扰源进行了分析，进行了系统的抗干扰设计，以提高测试系统的测试精度和测试准确性；对系统测试进行了详细的误差分析，对各种误差来源进行充分估计，以采取相应的解决方法。

6.2 工作展望
对电子课程教学实验系统研究，因为时间与人员的限制，现在进入的是初期研究阶段，所以，必然有许多需要改进和继续完善的地方，需要我们去研究和解决．

首先要改进系统局部设计的不足之处，使系统整体结构更加合理，性能更好，可靠性更高，准确性更高．

其次需要扩大系统功能的覆盖面，主要有以下几个方面：

1）模块化水平要进一步提高，

2）以后发展方向应是完成能实现所有示波器在电子课程实验用的测量系统。

3）本文涉及的温度、示波器实验、压力测量、数据分析都是后期的软件开发设计部分，而开发能实际采集现场信号的完整的测量系统能真正取代传统的硬件测量仪器还有很多工作。

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