0 引言

　　虛擬儀器一般主要包括計算機,、軟件平臺和儀器硬件等三部分。虛擬儀器的硬件形式雖有區(qū)別,，但基本構(gòu)成是一樣的,。即將儀器硬件搭載到計算機上，利用相應(yīng)的軟件完成控制,、測試及數(shù)據(jù)處理和顯示任務(wù),，從而實現(xiàn)以計算機為基礎(chǔ)的數(shù)字化采集測試分析系統(tǒng)。

　　1 虛擬儀器的系統(tǒng)構(gòu)成

　　圖1所示是一個虛擬儀器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),。由圖可見,，整個系統(tǒng)分為兩個部分，其中硬件部分主要由計算機和數(shù)據(jù)采集卡以及電壓電流傳感器組成,，數(shù)據(jù)采集卡采用研華USB4711數(shù)據(jù)采集卡,，具有12位AI分辨率，采樣速率高達150 kS/s,，同時具有16路模擬量輸入,、2路模擬量輸出、8路數(shù)字量輸入,、8路數(shù)字量輸出以及1路32位計數(shù)器;軟件部分采用LabWindows虛擬儀器設(shè)計平臺,，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、錄波,、波形顯示等功能,，并可分析信號的有效值、功率,、諧波分量,、相位角、對稱分量等信息,。電壓電流信號通過傳感器可轉(zhuǎn)換成0～10 V,，4～20 mA信號，然后通過數(shù)據(jù)采集卡進行AD轉(zhuǎn)換后傳給電腦,，并在LahWindows平臺下進行數(shù)據(jù)處理,，以記錄并顯示數(shù)據(jù)波形,。

　　2 測量原理

　　本系統(tǒng)可用于測量三相電壓電流的有效值、功率,、頻譜、諧波,、相位角,、對稱分量，下面介紹各個參數(shù)的計算及實現(xiàn)原理和方法,。

　　2.1 有效值計算

　　對于連續(xù)信號,，假設(shè)電壓信號瞬時表達式為u(t)，則有

　　然后再對信號進行離散化采樣,，以得到序列{u[k]},，則電壓有效值為：

　　2.2 頻譜與諧波分析

　　采用FFT變換可將采樣得到的數(shù)字信號中各次諧波在頻域中進行分離，以求出各次諧波頻率,，并得到各次諧波下電壓電流的幅值和相角頻譜;然后,，再將采樣得到的數(shù)字信號利用對稱分量法進行計算，即可求出基波的正序和負序分量,。

　　離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform)的實質(zhì)是有限長序列傅立葉變換的有限點離散采樣,，因此，該變換開辟了頻域離散化的道路,，它可使數(shù)字信號的處理在頻域采用數(shù)字運算的方法進行,，從而大大增加了數(shù)字信號處理的靈活性。將信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后變成離散時間信號,，一般可采用離散傅立葉(DFT)變換法,。其長度為M的有限長序列x(n)的傅立葉變換公式為：

　　通常快速傅立葉變換(FFT)不是一種新的變換,，而是離散傅立葉變換(DFT)的一種快速算法,。它通過對DFT變換式進行一次次的分解，以使其成為若干項DFT的組合,，從而減小運算量,。本文采用的FFT以2為基數(shù)，它具有運算效率高,，程序簡單,，使用方便等特點。

　　3 系統(tǒng)功能

　　3.1 用戶界面功能

　　本系統(tǒng)的功能主要是通過軟件的實現(xiàn),。表1所列是該虛擬儀器的軟件功能列表,。圖2所示是其電力系統(tǒng)錄波儀的主界面圖。

 　　3.3 數(shù)據(jù)分析

　　數(shù)據(jù)分析主要是分析信號的有效值,、功率,、諧波分量,、相位角等信息。諧波分量,、相位角分析采用FFT算法,，可通過極坐標(biāo)的變換得到;功率譜分析也可利用FFT算法及相應(yīng)算法得到。FFT可以實現(xiàn)時域向頻域的轉(zhuǎn)化,，其函數(shù)原型為：

　　Int status=FFT(double x[],，double y[]，intn);

　　其中,，參數(shù)x輸出為傅立葉變換的實部,，y輸出為傅立葉變換的虛部。x和y既是輸入,，也是輸出,，n為x，y的長度,，并且一定是2的整數(shù)次冪,。實現(xiàn)該功能的核心代碼如下：

　　4 結(jié)束語

　　試驗結(jié)果顯示，本文設(shè)計的錄波儀不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)錄波儀的功能,，而且具有造價低,，使用方便，可實現(xiàn)資源共享等特點,。此外,，本系統(tǒng)還可改成分布式系統(tǒng)，即采用嵌入式主板加數(shù)據(jù)采集卡,，然后通過網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)文件,，而用上位機接收數(shù)據(jù)，最后進行處理并顯示,。