Разработка программного анализатора спектра в среде NI DAQ Signal Accessory

Козлов, Виталий Петрович Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе рассматриваются и анализируются алгоритмы работы анализаторов спектра. Разработан программный анализатор спектра на основе выбранного алгоритма, планируемый к применению в лабораторных работах учащихся в НИ ТПУ. Результаты испытания заявленных технических характеристик показали высокую гибкость настройки, а так же качественный уровень определения численных значений спектра сигнала.

Определения 15

Обозначения и сокращения 16

Введение 17

1 Анализ спектра сигнала 21

1.1 Основы построения спектра сигнала 21
1.2 Структурные схемы анализаторов 24
1.2.1 Анализаторы спектра последовательного действия 24
1.2.2 Анализаторы спектра параллельного действия 28
1.2.3 Векторные анализаторы сигналов 29
1.2.4 Основные ха ра кте ристики а на лиза торов 31
1.3 Обзор существующих программно-технических средств 34
1.3.1 Осциллограф АКТАКОМ АСК-2041 34
1.3.2 Анализатора спектра DSA 37

2 Виртуальный прибор «Анализатор спектра» 40

2.1 Техническое задание 40
2.2 NI USB 6251 40
2.3 Реализация ВП 44
2.3.1 Основной алгоритм расчета спектра сигнала 44
2.3.2 Реализация алгоритма в среде LabVIEW 46
2.4 Функционал ВП «Анализатор спектра» 47
2.4.1 Задача диапазона частот 49
2.4.2 Расчет гармоник 50
2.4.3 Расчет коэффициентов гармоник 52

3 Экспериментальная часть 54

3.1 Опробование 54
3.2 Определение технических характеристик 56
3.2.1 Эксперимент № 1: Определение разрешения анализа в верхних
граница диапазона 57
3.2.2 Эксперимент № 2: Определения спектра не периодических
сигналов 61
3.2.3 Эксперимент № 3: Определение спектра последовательности
прямоугольных импульсов 63

4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 67

4.1 Потенциальные потребители результатов исследования 67
4.2 Организация и планирование научно-исследовательской работы 68
4.3 Определение трудоемкости выполнения работ 69
4.4 Разработка графика проведения научного исследования 70
4.5 Определение бюджета научно-технического исследования 74
4.5.1 Расчет материальных затрат научно-технического исследования 74
4.5.2 Расчет заработной платы основных исполнителей проекта 75
4.5.3 Расчет затрат на социальный налог 76
4.5.4 Расчет затрат на электроэнергию 77
4.5.5 Расчет амортизационных расходов 77
4.5.6 Расчет прочих расходов 78
4.5.7 Расчет общей себестоимости разработки 79
4.5.8 Расчет прибыли 79
4.5.9 Расчет НДС 79
4.5.10 Цена разработки НИР 79
4.6 Оценка научно-технической эффективности исследования 80
Выводы по разделу 82

5 Социальная ответственность 84

5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 84
5.1.1 Нормы трудового законодательства 84
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 86
5.2 Производственная безопасность 87
5.3 Анализ вредных производственных факторов 87
5.3.1 Отклонение показателей микроклимата 87
5.3.2 Повышенный уровень электромагнитных излучений 88
5.3.3 Недостаточная освещенность рабочей зоны 89
5.3.4 Повышенный уровень электромагнитных излучений 93
5.3.5 Психофизиологические факторы 94
5.4 Анализ опасных факторов 94
5.5 Экологическая безопасность 96
5.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 96
5.7 Предотвращение распространения эпидемий 98
Выводы по разделу 99

Заключение 101

Список использованных источников 102

Приложение А 107

Приложение Б 120

Приложение В 121

Приложение Г 122
Определения

средство измерения: Техническое средство, предназначенное для
измерений

анализатор спектра: Устройство для визуализации и анализа спектра
сигнала

мультиплексор: Устройство, имеющее несколько сигнальных входов,
один или более управляющих входов и один выход

фильтр: Устройство для выделения желательных компонентов
частотных составляющих сигнала

буфер: Промежуточное хранилище данных, предоставляемое
программным обеспечением и предназначенное для накопления, переноса
или копирования информации

виртуальный прибор: Программное приложение, создаваемое в
среде LabVIEW

виртуальный под-прибор: Программное приложение, создаваемое в
среде LabVIEW, предназначенное для реализации части функций основного
приложения

меандр: Последовательность прямоугольных импульсов со
скважностью 2
Обозначения и сокращения

ЭЛТ – электронно-лучевая трубка;
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика;
ПЧ – полоса частот;
АС – анализатор спектра;
РЛС – радиолокационная станция;
РЧ – радио частота;
СВЧ – сверхвысокочастотное излучение;
ПО – программное обеспечение;
БПФ – быстрое преобразование Фурье;
ВП – виртуальный прибор;
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
КГИ – коэффициент гармонических искажений;
КНИ – коэффициент нелинейных искажений;
НИИ – научно-исследовательский институт;
ВУЗ – высшее учебное заведение;
ВКР – выпускная квалификационная работа;
ЭМП – электромагнитное поле;
ПМП – постоянное магнитное поле;
ЧС – чрезвычайная ситуация;
DSA – Dynamic Signal Analyzer;
DAQ – Data Acquisition;
NI – National Instruments;
USB – Universal Serial Bus.

Важное место в любой инженерной практике занимают измерения.
Это также относится и к измерению параметров сигнала, как электрического
так и радио. Распространенной измерительной задачей является наблюдение
и анализ сигнала во временной и частотной областях. Временная
составляющая сигнала анализируется с помощью осциллографов. Однако в
ряде случаев измерения во временной области не обладает необходимой
чувствительностью. Изменения сигнала могут быть растянуты во времени и
физически не обнаружены на экране осциллографа. [1] Более чувствительной
является спектральная форма сигнала. Измерения в частотной области
возможны с помощью анализаторов спектра.

В ходе выпускной квалификационной работы были изучены
математические основы построения спектра сигнала, описаны алгоритмы
функционирования реальных анализаторов спектра. Приведены достоинства
и недостатки существующих на отделении ОАР лабораторных программных
и аппаратных средств. Основные недостатки связаны с заложенным в основе
алгоритме БПФ, а также недостаточным функционалом по настройке
начальных данных анализа.

Полученная информация легла в основу алгоритма построения
спектра сигнала, базирующегося на расчете интеграла Фурье в комплексной
форме для дискетного сигнала. Алгоритм позволяет, при необходимости,
выполнять анализ спектра сигнала в реальном времени. На основе алгоритма
разработан программный виртуальный прибор «Анализатор спектра».
Функционал виртуального прибора дополнен инструментами анализа,
позволяющий получать численные значения параметров спектра.

В ходе испытаний разработанного программного «Анализатора
спектра» получено подтверждение необходимых технических характеристик,
корректное построение спектров как периодических, так и не периодических
сигналов.

Виртуальный прибор планируется применять в лабораторных работах
студентов НИ ТПУ. Дальнейшее развитие проекта заключается в добавлении
функционала расчета фазы сигнала, параллельного анализа двух сигналов, с
возможностями математических операций с построенными спектрами.
Виртуальный прибор позволит углубить понимание студентами частотной
составляющей электрических сигналов, на практике сопоставить
рассчитанные математически и реальные спектры, а также сформировать
представление о дискретизации аналоговых величин.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Применение метаматериалов в первичных измерительных преобразователях
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Автоматическая коррекция систематической погрешности средств измерений
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Менеджер онлайн в Telegram Написать