利用LabVIEW开发完整的数据采集、分析、显示及存储系统

11利用LabVIEW开发完整的数据采集、分析、显示及存储系统2使用LabVIEW快速实现采集、分析与显示采集分析显示33快速构建高效完整的数据采集系统4基于计算机的数据采集系统（DAQ）5选择数据采集设备的主要考虑因素•强大的连接性快速连接任何传感器信号调理•硬件技术指标采样率、分辨率、绝对精度•满足广泛的应用需求工业级、便携式、分布式•高效的应用开发软件6强大的连接性——任何信号、任何传感器7信号分类•信号类型–模拟信号•幅度、频率、直流/交流（AC/DC）–数字信号•电平逻辑(TTL/CMOS/LVDS…)、幅度、频率–计数器/定时器•脉冲产生、脉冲测量、事件计数、频率测量•信号来源–物理电路产生–传感器产生8什么情况下你需要信号调理？包含噪音的小电压信号滤波和放大后的信号信号调理•使难以测量的信号易于测量•提高测量精度，确保安全性•可直接连接传感器•某些传感器需要特定激励9信号调理的常用类型数据采集设备热电偶热电阻（RTDs）应变片共模或高压信号大电流或者交流开关带有高频噪音的信号传感器/信号放大、线性化和冷端补偿电流激励和线性化电压激励、桥路配置和线性化隔离放大(光偶隔离)电磁继电器或固态继电器低通滤波器信号调理10NI信号调理——连接任何传感器11•应变•加速计&麦克风•温度•电压•应力、载荷•压力•流量NICompactDAQ——内置信号调理12Demo:NI常规测量概念演示Demo13硬件技术指标——采样率、分辨率、绝对精度14模拟信号的基础知识－采样率采样率：在信号通过模拟输入通道之后，数字化仪的ADC把输入信号转换成数字数据的速率。输入=70.7%原始信号幅度15模拟信号的基础知识－抗混叠(anti-alias)•混叠–采样频率过低会发生混叠，引起测量错误–典型的混叠信号:噪音,信号中的谐波频率成分。•防止混叠–采样频率应大于奈奎斯特（Nyquist）频率–利用低通滤波器衰减所有不想要的高频信号16Demo：采样率对测量的影响Demo17模拟信号的基础知识－分辨率(resolution)–3-bit分辨率能表示8个电压等级–16-bit分辨率能表示65,536电压等级100200150500Time(ms)01.255.002.503.756.257.508.7510.00Amplitude(volts)16-Bit与3-Bit分辨率对比(5kHz正弦波)16-bitresolution3-bitresolution000001010011100101110111|||||18Demo：分辨率对测量的影响Demo19NI数据采集产品覆盖的应用范围分辨率(Bits)28262422201816141210841101001K10K100K1M10M100M1G10G100G频率(Hz)6TraditionalInstrumentsNIProducts,2006NI5652射频信号发生器最高6.6GHz频率精度高达1ppbNI5922可变分辨率数字化仪2通道24位到16位NI40717½位数字万用表音频分析仪M系列数据采集卡100and200MS/s混合信号套件NI5152数字化仪2GS/s实时采样率300MHz模拟带宽数字万用表21满足广泛的应用需求22NI提供的数据采集平台保证工程师选择最合适自己的一款产品！工业级、高性能便携、即插即用中等通道数的便携式采集高性价比无线、分布式数据采集23针对多种应用搭建测试系统实验台综合测试机器状态监控车载数据记录24应用开发软件25中国地区数据采集和仪器控制领域最常用的软件0%5%10%15%20%25%30%NationalInstruments-LabVIEWMicrosoft-VisualC++TheMathWorks,Inc.-MATLAB®Microsoft-VisualBasicNationalInstruments-LabWindows/CVIT&MProgrammer’sToolkitError:4.5%Reed机构2005年调研结果26NILabVIEW的主要优势•编译型的图形化开发环境，4倍到10倍缩减开发时间•结合任一种板卡、仪器或总线高效完成常见测量任务•帮助用户创建强大的基于标准PC技术的解决方案•通过开放式的平台整合外部工具和技术27使用LabVIEW快速实现采集、分析与显示采集分析显示28LabVIEW——强大的信号处理分析能力•内置1000多个信号处理、分析与数学运算函数•内置时频分析、信号生成、数学计算、曲线拟合插值等•基于文本的数学运算(MathScript)，兼容m文件脚本•多个面向特定应用的工具包（声音与振动、JTFA等）•与硬件I/O无缝集成30剖析数字信号处理数字信号处理提取信号特征时间域频率域小波域空域时频分析31时域的信号处理、分析方法FrequencyJTFAWaveletOtherTime32时域分析方法与工具•曲线拟合–样条平滑•概率与统计分析•滤波–中值滤波，高斯滤波，阈值滤波•时间序列分析–PCA，ICA，高阶统计量–ARMA/SSI建模与模态分析•声强与振动振幅分析33时频域——为什么需要“时频”•传统频域处理方法的局限性–只适合处理时不变信号，不适合时变信号分析–不能分离出在不同时间点的相同频率–忽略突变信号，比如一次瞬时振动等WaveletTimeFrequencyJTFAOther34时频域分析•适用于频率变化的信号•联合时频域分析(JTFA)–短时傅立叶变换(STFT)–Gabor变换FreqTimeJTFATimeWaveletTimeFrequencyJTFAOther35时频分析之时变滤波器——使用JTFA分辨虎鲸的声音Demo36更多的LabVIEW工具包•高级信号处理工具包(ASPT)–联合时频分析(JTFA)•STFT,Gabor等谱分析，时变滤波器设计–小波分析•离散、连续小波变换，特征提取，去噪去趋势–时间序列分析•相关性与多通道谱分析，ARMA建模，熵，ICA，PCA–多达90多个高级信号处理应用范例Demo37更多的LabVIEW工具包•滤波器设计工具包–IIR,FIR,Specialfilter设计(陷波、梳状滤波器等)–滤波器特性分析，相频响应等–滤波器结构变换，级联转换，参数均衡–多速率滤波器(MultiRatefilter)设计与分析–定点滤波器设计与转换，可自动生成代码并移植入CRIO中的FPGA模块38更多的LabVIEW工具包•自适应滤波器设计工具包(AdaptiveFilter)–LMS,Filter-XLMS,RLS算法…–自适应噪声消除，回声消除–自适应信道均衡，系统辨识–自适应线性预测(LinearPrediction)–定点滤波器FPGA实现–丰富的应用范例Demo39更多的LabVIEW工具包•调制工具包•声音与振动分析工具包•阶次分析工具包•频谱测量工具包•控制设计与仿真工具包•系统辨识工具包•PID控制工具包•……调制解调工具包频谱测量工具包模拟/数字调制/解调，信道模型，比特发生，比特误码率，信道编码，调制测量，相位噪声，星座图，眼图ZoomFFT，带内功率，邻道功率，单频检测声音振动分析工具包阶次分析工具包失真度，倍频程分析,正弦扫频,振动级,声级,频率测量,过限测试,瞬态,时域积分,加权或者权重,瀑布图,…阶次跟踪,阶次提取,在线阶次分析,阶次谱图选取,转速信号处理,瀑布图,轴心轨迹图/极坐标图,波特图,…40使用LabVIEW快速实现采集、分析与显示采集分析显示41LabVIEW图形表达控件•波形图/波形图表•XY图•强度图•Picture控件•3D图片控件–LabVIEW8.0新控件–机械部件的状态显示42演示：自动气象站监测系统43自定义控件•LabVIEW控件基础上修改44自定义控件•使用贴图45•在LabVIEW中方便的编程生成报告•MicrosoftWord和Excel报告•基于ActiveXAutomation技术•Office97,2000,2002,2003，2007LabVIEW报表生成工具包47数据存储与挖掘•文件存储•数据库连接•数据挖掘与管理48良好存储的数据十分重要•与良好书写的LabVIEW代码有同样的好处•文件中存储的相关信息越多，终端用户使用起来越为方便49NITDMS文件格式减少LabVIEW编程者花费在文件读写上的时间，提升存储数据的价值通过提供•专为存储数据而设计的数据模型•用于读写数据的稳定API•自配置数据管理工具，用于辅助访问数据50TDMS数据模型•3个层次–文件,组和通道•每一层都有相关的属性可以定制•每个数据文件都会保存TDMS数据模型,它是自述性的File=Root,termsareinterchangeable51TDMS的优势•LabVIEW中最快的文件格式•包涵广泛的应用情况•存储测试数据同时存储测试信息•与LabVIEW,LabVIEWRT,CVI,DIAdem协同工作•无需记录数据格式•无需建立ReaderVI•版本控制不再是问题52TDMS格式–专为高速流盘而优化•数据采集高速流盘应用:–从100个通道中连续获取数据，每个通道的一次扫描产生1000个值54数据库连接工具包•从数据库插入和选择数据•创建和删除表格•把数据添加到现有的表格•列出数据库中的表格•列出表格中的栏目55NIDIAdem–数据挖掘和数据管理DIAdemDataFinder–提供更快的数据挖掘的方式DIAdem分析和报表生成的功能–提供强大的各种分析函数–快速报表和结果生成•汽车发动机温度数据•多个测试员，Herbert，Linda，Jeniffer，Caroline等•我们要找出Herbert操作的，并且测试失败的数据56小结•LabVIEW可灵活实现数据表达和报表生成•有效的数据表达–使用LabVIEW控件•专业的报表生成–报表生成工具包•数据存储与挖掘–TDMS文件格式、数据库连接工具包、DIAdem57典型系统应用案例介绍•案例一：东海大桥健康监测系统•案例二：波音飞机噪声定位与分析58东海大桥健康状态监测•需监测结构变形，结构应力，索力，位移，结构温度，结构沉降•传感器种类多，分布广，数量庞大•通道间完全同步、相位匹配•分布式的采集（30+公里）–GPS信号同步•振动信号的谱分析•日后的可扩展性59案例分析二Boeing使用NIPXI以及LabVIEW进行测量分析以降低飞机的噪声60飞机噪声源增升装置引擎起落架推进系统61阵列的架构•64个精确放置的麦克风(8x8)•1m方阵PXI机箱•24位数据采集•IEEE1394图像捕获双核处理器图像采集动态信号采集典型的麦克风阵列结构62300ft.300ft.405个麦克风飞机飞越时的麦克风阵列及系统分布8x200m光纤427通道102.4kS/s63集中式采集的主从同步模式：一个服务器，多个客户端的架构图主机箱从机箱时序信号远程控制器250Ft.光纤链路同轴电缆300m64噪声图谱65起落架整流装置改进后的整流罩66B-52707-100DC8-20CV990ACV880-22BAC-11DC9-10DC8-61737-100737-200727-100727-200747-100747-200DC10-10L-1011A300B2MD-80747-300747-400737-300A320-100A321A330A340MD-11777A310-300BAe146-200DC10-30Comet4720投入使用19501960197019801990200020102020707-300B声级787新一代的飞机更安静了737-200(16.5km2)85dBAcontours737-700(2.4km2)67请访问NI中文主页了解更多信息拨打免费咨询电话800-820-362268技术支持•NI区域工程师–技术咨询，系统架构，产品选型•NI应用工程师–最完善的技术支持服务–800免费电话69NI技术网站