技术领域
[0001] 本
发明属于电学领域，尤其涉及一种基于PXI总线的频率特性测试装置和方法。
背景技术
[0002] 频率特性测试设备是用来分析系统
稳定性和其它运动特性的一种测试工具，其测试原理为在所考察的
频率范围内选择若干个频率值的正弦
信号作为
激励信号，并分别测量各个激励信号下的激励响应，然后通过一定的
算法求出响应信号的频率特性。频响测试仪一般由信号生成模
块、信号采集模块、幅值
相位检测装置和显示模块四部分组成。
[0003] 常规的频响测试仪中信号生成模块，幅值相位检测装置，显示模块等均采用
硬件来实现，其结构复杂，价格昂贵，另外还需配有专
门的
人机交互模块及电源模块，所以设备体积较大，携带不便。由于受硬件条件的限制，人机交互简单，设置不灵活，而且不能显示幅频特性曲线，不能得到相频特性曲线，更不能打印被测网络的频响曲线。因此，急需一种结构简单、价格便宜、体积小易携带，且能显示幅频特性曲线和相频特性曲线的频率特性测试装置来解决
现有技术所存在的上述问题。
发明内容
[0004] 本发明提供一种基于PXI总线的频率特性测试装置和方法，用于解决现有的频率特性测试装置结构复杂、价格昂贵、体积大不易携带、不能显示幅频特性曲线和得到相频特性曲线的问题。
[0005] 本发明提供了一种基于PXI总线的频率特性测试装置，包括：PXI总线、信号生成模块、信号输入输出模块、
数据处理模块；所述信号生成模块和所述数据处理模块通过所述PXI总线与所述信号输入输出模块相连；
[0006] 所述信号生成模块用于向用户提供人机输入界面，并根据用户输入的各通道的信号频率列表，生成相应的数字正弦信号，并通过所述PXI总线将各通道的数字正弦信号发送给所述信号输入输出模块；
[0007] 所述信号输入输出模块将来自所述PXI总线的各通道的数字正弦信号转换为模拟正弦信号发送给各通道对应的测试对象；同时采集各通道对应的测试对象的频率响应信号，并将采集的各通道对应的测试对象的频率响应信号进行A/D转换后通过所述PXI总线发送给所述数据处理模块；
[0008] 所述数据处理模块根据来自所述PXI总线的各通道对应的测试对象的频率响应信号，计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，并将其生成各通道对应的测试对象的频率响应信号的相频特性曲线和幅频特性曲线。
[0009] 优选地，所述数据处理模块还将各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值进行存储、图形显示和/或报表打印。
[0010] 优选地，所述信号生成模块包括：通道信号配置模块和计算机生成信号模块；所述计算机生成信号模块一端与所述通道信号配置模块连接，另一端与所述PXI总线连接；所述通道信号配置模块向用户提供输入各通道信号频率列表的人机输入界面；所述计算机生成信号模块根据用户输入的各通道的信号频率列表，生成相应的数字正弦信号，并通过所述PXI总线将各通道的数字正弦信号发送给所述信号输入输出模块。
[0011] 优选地，所述信号输入输出模块包括：PXI触发总线、PXI桥接芯片、FPGA模块、存储模块、
信号处理输入输出模块；所述PXI桥接芯片用于连接所述FPGA模块与所述PXI总线以实现所述PXI总线到FPGA模块的数据传输；所述FPGA模块还分别与所述PXI触发总线、存储模块、信号处理输入输出模块连接，所述FPGA模块将所述信号生成模块通过所述PXI总线发来的各通道的数字正弦信号发送至所述存储模块中存储；并根据所述PXI触发总线发来的触发信号启动信号输出，将所述存储模块中存储的相应通道的数字正弦信号提取并发送给所述信号处理输入输出模块；所述FPGA模块还将所述信号处理输入输出模块发来的各通道对应的测试对象的频率响应信号通过所述PXI总线发送给所述数据处理模块；所述信号处理输入输出模块还与所述PXI触发总线连接，根据所述PXI触发总线发来的触发信号将所述FPGA模块发来的、当前被触发的通道的数字正弦信号分别转换为模拟正弦信号后从相应通道输出给对应的测试对象；同时采集各通道对应的测试对象的频率响应信号，并将采集的各通道对应的测试对象的频率响应信号进行A/D转换后发送给所述FPGA模块。
[0012] 优选地，所述信号处理输入输出模块包括信号处理输出模块和信号输入处理模块；所述信号处理输出模块包括沿信号输出方向依次顺序连接的十路D/A转换器、
滤波器、
放大器和
输出信号隔离单元；所述十路D/A转换器还与所述FPGA模块、所述PXI触发总线连接；所述信号输入处理模块包括沿信号输入方向依次顺序连接的
输入信号隔离单元和十路A/D转换器；所述十路A/D转换器还与所述FPGA模块连接。
[0013] 优选地，所述数据处理模块包括：幅值相位计算模块、结果显示及数据存储模块；所述幅值相位计算模块一端与所述PXI总线连接，另一端与所述结果显示及数据存储模块连接；
[0014] 所述幅值相位计算模块，用于接收、存储来自所述PXI总线的各通道的测试对象的频率响应信号；待测试结束时，计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，并将该值发送给所述结果显示及数据存储模块；
[0015] 所述结果显示及数据存储模块，接收来自所述幅值相位计算模块发来的各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，生成对应的相频特性曲线和幅频特性曲线，并将各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值进行存储、图形显示和/或报表打印。
[0016] 本发明还提供一种基于PXI总线的频率特性测试装置的测试方法，包括步骤：
[0017] 信号生成模块根据用户输入的各通道的信号频率列表，生成相应的数字正弦信号，并通过PXI总线将各通道的数字正弦信号发送给信号输入输出模块；
[0018] 信号输入输出模块将来自所述PXI总线各通道的数字正弦信号转换为模拟正弦信号发送给对应的测试对象，采集各通道对应的测试对象的测试对象的频率响应信号并进行A/D转换后通过所述PXI总线发送给数据处理模块；
[0019] 数据处理模块根据来自所述PXI总线的各通道对应的测试对象的频率响应信号，计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，并将其生成各通道对应的测试对象的频率响应信号对应的相频特性曲线和幅频特性曲线。
[0020] 优选地，所述基于PXI总线的频率特性测试装置的测试方法中，信号生成模块生成任一通道的数字正弦信号的方法为：根据用户输入的该通道的数字正弦信号的幅值、
采样数、初始相位、频率和总采样数生成如下数字正弦信号y[i]：
[0021] y[i]＝amp′sin(phase[i]),i＝1,2,...,n-1
[0022] 其中，amp为幅值，n为采样数，phase[i]为第i个采样信号的相位，其计算方法如下：
[0023] phase[i]＝初始相位+频率×360×i/Fs
[0024] 其中，Fs为总采样数。
[0025] 优选地，所述数据处理模块计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值的方法为：
[0026] 步骤A：对于第m个通道，根据如下公式，求出系数am和bm；
[0027]
[0028]
[0029] 其中，N为采集第m个通道对应的测试对象的频率响应信号的周期数，P为所对应通道的频率响应信号的每个周期所采样的点数。F(n)为频率响应信号的第n个采样值；
[0030] 步骤B：根据系数am和bm，采用如下公式计算第m个通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值Ym和相位值Φm：
[0031]
[0032] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0033] 本发明提供的一种基于PXI总线的频率特性测试装置和方法，其装置内的大量模块都利用了计算机平台上的
软件实现，可以灵活的设置激励信号，同时也能显示频率响应信号的幅频特性曲线和相频特性曲线；另外由于大量采用了计算机平台上的软件来实现模块功能，也使得该装置具有结构简单、价格便宜、体积小易携带的特点。
附图说明
[0034] 图1为本发明
实施例提供的一种基于PXI总线的频率特性测试装置的结构示意图；
[0035] 图2为本发明实施例提供的一种基于PXI总线的频率特性测试装置的详细结构示意图；
[0036] 图3为图2中的信号处理输入输出模块27的优选实施结构示意图；
[0037] 图4为本发明实施例提供的一种基于PXI总线的频率特性测试装置的测试方法的流程示意图；
[0038] 图5为设置通道测试信号列表的人机交互界面实物图；
[0039] [附图标记说明]
[0040] 11、信号生成模块；
[0041] 12、PXI总线；
[0042] 13、信号输入输出模块；
[0043] 14、数据处理模块；
[0044] 21、通道信号配置模块；
[0045] 22、计算机生成信号模块；
[0046] 23、PXI触发总线；
[0047] 24、PXI桥接芯片；
[0048] 25、FPGA模块；
[0049] 26、存储模块；
[0050] 27、信号处理输入输出模块；
[0051] 28、幅值相位计算模块；
[0052] 29、结果显示及数据存储模块；
[0053] 31、信号处理输出模块；
[0054] 32、信号输入处理模块；
[0055] 33、十路D/A转换器；
[0056] 34、滤波器；
[0057] 35、放大器；
[0058] 36、输出信号隔离单元；
[0059] 37、输入信号隔离单元；
[0060] 38、十路A/D转换器。
具体实施方式
[0061] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0062] 如图1所示为本发明实施例提供的一种基于PXI总线的频率特性测试装置的结构示意图，该装置包括：PXI总线12、信号生成模块11、信号输入输出模块13、数据处理模块14；信号生成模块11和数据处理模块14通过PXI总线12与信号输入输出模块13相连。
其中，
[0063] 信号生成模块11用于向用户提供人机输入界面，并根据用户输入的各通道的信号频率列表，生成相应的数字正弦信号，并通过PXI总线12将各通道的数字正弦信号发送给信号输入输出模块13。
[0064] 信号输入输出模块13将来自PXI总线12的各通道的数字正弦信号转换为模拟正弦信号发送给各通道对应的测试对象；同时采集各通道对应的测试对象的频率响应信号，并将采集的各通道对应的测试对象的频率响应信号进行A/D转换后通过PXI总线13发送给数据处理模块14。
[0065] 数据处理模块14根据来自PXI总线12的各通道对应的测试对象的频率响应信号，计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，并将其生成各通道对应的测试对象的频率响应信号的相频特性曲线和幅频特性曲线。
[0066] 优选地，数据处理模块14还用于将各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值进行存储、图形显示和/或报表打印。
[0067] 优选地，如图2所示为本发明实施例提供的一种基于PXI总线的频率特性测试装置的详细结构示意图，在图中，信号生成模块11包括：通道信号配置模块21和计算机生成信号模块22；计算机生成信号模块22一端与通道信号配置模块21连接，另一端与PXI总线12连接。通道信号配置模块21用于向用户提供输入各通道信号频率列表的人机输入界面；计算机生成信号模块22根据用户输入的各通道的信号频率列表，生成相应的数字正弦信号，并通过PXI总线12将各通道的数字正弦信号发送给信号输入输出模块13。
[0068] 优选地，如图2所示，信号输入输出模块包括：PXI触发总线23、PXI桥接芯片24、FPGA模块25、存储模块26、信号处理输入输出模块27。其中，PXI桥接芯片24用于连接FPGA模块25与PXI总线12以实现PXI总线12到FPGA模块25的数据传输。FPGA模块25还分别与PXI触发总线23、存储模块26、信号处理输入输出模块27连接，FPGA模块25将信号生成模块11通过PXI总线发来的各通道的数字正弦信号发送至存储模块26中存储；并根据PXI触发总线23发来的触发信号启动信号输出，将存储模块26中存储的相应通道的数字正弦信号提取并发送给信号处理输入输出模块27；FPGA模块25还将信号处理输入输出模块27发来的各通道对应的测试对象的频率响应信号通过PXI总线12发送给数据处理模块14。信号处理输入输出模块27还与PXI触发总线23连接，根据PXI触发总线23发来的触发信号将FPGA模块25发来的、当前被触发的通道的数字正弦信号分别转换为模拟正弦信号后从相应通道输出给对应的测试对象；同时采集各通道对应的测试对象的频率响应信号，并将采集的各通道对应的测试对象的频率响应信号进行A/D转换后发送给FPGA模块25。
[0069] 优选地，如图2所示，数据处理模块14包括：幅值相位计算模块28、结果显示及数据存储模块29；幅值相位计算模块28一端与PXI总线12连接，另一端与结果显示及数据存储模块29连接。其中，幅值相位计算模块28，用于接收、存储来自所处PXI总线的各通道的测试对象的频率响应信号；待测试结束时，计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，并将该值发送给结果显示及数据存储模块29；结果显示及数据存储模块29，接收来自幅值相位计算模块28发来的各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，生成对应的相频特性曲线和幅频特性曲线，并将各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值进行存储、图形显示和/或报表打印。
[0070] 图3为图2中的信号处理输入输出模块27的优选实施结构示意图，如图3中所示，信号处理输入输出模块27包括信号处理输出模块31和信号输入处理模块32。其中，信号处理输出模块31包括沿信号输出方向依次顺序连接的十路D/A转换器33、滤波器34、放大器35和输出信号隔离单元36；十路D/A转换器33还与FPGA模块25、PXI触发总线23连接。信号输入处理模块32包括沿信号输入方向依次顺序连接的输入信号隔离单元37和十路A/D转换器38，十路A/D转换器38还与FPGA模块25连接。
[0071] 采用图3所示的信号处理输入输出模块27时，触发信号通过PXI触发总线23引入，PXI桥接芯片24实现FPGA模块25与PXI总线12的数据传输，FPGA模块25实现测试信号的输出和响应信号的采集。当进行测试任务时，FPGA模块25将要发送的数字正弦信号发送至信号处理输出模块31的十路D/A转换器变换为
模拟信号，变换后的模拟信号依次经过滤波器34滤波和放大器35放大后进行隔离输出，经过放大后的模拟信号的最大幅值可达±15V。与此同时，FPGA模块25将采集的测试对象的频率响应信号通过十路A/D转换器38转换成
数字信号，并将该数字信号通过PXI总线12传递给计算机端的数据处理模块14进行处理。
[0072] 对应于本发明实施例提供的基于PXI总线的频率特性测试装置，本发明实施例还提供一种基于PXI总线的频率特性测试装置的测试方法，图4为本发明实施例提供的基于PXI总线的频率特性测试装置的测试方法的流程示意图，该方法的步骤如下：
[0073] S41：信号生成模块根据用户输入的各通道的信号频率列表，生成相应的数字正弦信号，并通过PXI总线将各通道的数字正弦信号发送给信号输入输出模块；
[0074] 在执行该步骤之前，需要将输入输出模块插入计算机中的PXI插槽，并装上驱动，打开测试软件，并通过如图5所示的设置通道测试信号列表的人机交互界面实物图，来设置每个测试通道的测试信号列表，其中列表中信息包括：要发送的正弦信号的频率、幅值、初始相位信号、采样数、总采样数、发送时间等参数。
[0075] S42：信号输入输出模块将来自PXI总线各通道的数字正弦信号转换为模拟正弦信号发送给对应的测试对象，采集各通道对应的测试对象的测试对象的频率响应信号并进行A/D转换后通过PXI总线发送给数据处理模块；
[0076] 此处，信号输入输出模块可以使用自主开发的能够实现同样功能的信号输入输出模块，每个测试通道可以同步也可以异步工作。除此之外，此处的信号输入输出模块还可以借助于普通的PXI高速
数据采集设备来实现。测试时只需要将所选用的PXI高速数据采集设备插入计算机的PXI插槽，并在计算机上装上驱动即可以在计算机上通过所开发的软件控制该装置进行频响分析。但是，由于该发明的控制软件目前仅支持以虚拟软件架构编写的底层驱动的PXI数据采集设备。所以所选择的PXI高速数据采集设备必须有以虚拟软件架构编写的底层驱动。
[0077] S43：数据处理模块根据来自PXI总线的各通道对应的测试对象的频率响应信号，计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值，并将其生成各通道对应的测试对象的频率响应信号对应的相频特性曲线和幅频特性曲线。
[0078] 优选地，信号生成模块生成任一通道的数字正弦信号的方法为：根据用户输入的该通道的数字正弦信号的幅值、采样数、初始相位、频率和总采样数生成如下数字正弦信号y[i]：
[0079] y[i]＝amp′sin(phase[i])(1)
[0080] 其中，i＝1,2,…,n-1，amp为幅值，n为采样数，phase[i]为第i个采样信号的相位，其计算方法如下：
[0081] phase[i]＝初始相位+频率×360×i/Fs(2)
[0082] 其中，Fs为总采样数。
[0083] 优选地，数据处理模块计算各通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值和相位值的方法为：
[0084] 步骤A：对于第m个通道，根据如下公式，求出系数am和bm；
[0085]
[0086]
[0087] 其中，N为采集第m个通道对应的测试对象的频率响应信号的周期数，P为所对应通道的频率响应信号的每个周期所采样的点数。F(n)为频率响应信号的第n个采样值；
[0088] 步骤B：根据系数am和bm，采用如下公式计算第m个通道对应的测试对象的频率响应信号的幅值Ym和相位值Φm：
[0089]
[0090]
[0091] 其中，m表示在1至M中取整数，M为信号输入输出模块的通道总数。测试完成后，幅值相位计算模块会根据以上提到的方法求出相应信号的幅值和相位。并同时以列表和图标的形式给出测试结果。
[0092] 本发明提供的基于PXI总线的频率特性测试装置，在计算机平台上通过软件生成信号，并完成信号处理等操作，这是传统的频响测试仪所不具备的，或者即使传统的频响测试仪具备这些功能，其硬件结构也非常复杂，设备成本也会非常高昂，除此之外通道数也会由于硬件的影响而大受限制。而本发明提供的方案中测试信号生成和数据处理都是借助计算机平台来实现，因此它不需要专门的信号生成装置、数据处理单元及人机交互模块，不需要对计算机作任何其它
修改，即可把一台普通计算机机变成一台多通道频响测试仪，并且不会影响计算机的正常使用，大大降低了用户的使用成本和后期的维护成本，且具有装置结构简单、价格便宜、体积小易携带的特点。不仅可以灵活的设置激励信号，同时也能显示频率响应信号的幅频特性曲线和相频特性曲线，实用性强。
[0093] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
