III. Kỹ thuật lập trình nâng cao trong LabView:
2. Xử lý tín hiệu và lọc nhiễu:
- Lọc số (Digital Filtering):
Thiết kế các bộ lọc tương tự là một bộ phận rất quan trọng trong việc thiết kế các mạch điện tử. Nhưng việc thiết kế các bô lọc thường được dành riêng cho các chuyên gia. Bởi vì, nó yêu cầu một kiến thức về toán học chuyên sâu và phải hiểu biết về các tiến trình phức tạp trong hệ thống để có thể tiến hành lọc.
Các công cụ xử lý tín hiệu số và lấy mẫu hiện đại có thể thực sự thay thế cho việc lọc tín hiệu tương tự bằng việc lọc số trong các ứng dụng mà yêu cầu tính mềm dẻo và có thể lập trình được. Đó là các ứng dụng bao gồm âm thanh, viễ thông, địa lý và y tế
Lọc số có những thuận lợi hơn so với lọc lọc tương tự là:
- Đó là các phần mềm có thể lập trình được
- Chúng ổn định và có thể dự đoán được.
- Chúng không bị lệch do nhiệt độ, độ ẩm và không yêu cầu các thành phần chính xác
- Nó có tỷ lệ thực thi cao hơn
Ta có thể sử dụng các bộ lọc số trong LabView để điều khiển các thông số như bậc lọc, tần số, một số lượng lớn các dao động
Các VI lọc số đã bao gồm các tính toán, quản lý bộ nhớ và lọc dữ liệu hiện thời bên trong, người sử dụng không phải quan tâm đến nó. Vì vậy, người sử dụng không cần phải là một chuyên gia trong việc lọc số hoặc các lý thuyết về lọc số để xử lý dữ liệu.
Lý thuyết về các trạng thái lấy mẫu là bạn có thể xây dựng lại một tín hiệu liên tục theo thời gian từ những phần tử rời rác. Tương tự như lấy mẫu các khoảng trống nếu mà tần số lấy mẫu là ít nhất 2 lần mà có tần số lớn nhất của trong thời gian của tín hiệu. Cho rằng bạn có thể lấy mẫu tín hiệu theo thời gian tại các thời điểm ∆tnhư nhau mà không có sự mất thông tin. Tham số ∆t chính là khoảng thời gian lấy mẫu
Ta có thể thu được tốc độ lấy mẫu hoặc tần số lấy mẫu fs từ
khoảng thời gian lấy mẫu:
t fs
∆
= 1
Điều đó có nghĩa là theo như lý thuyết lấy mẫu, các tần số cao thf hệ thống số có thể xử lý là:
2
fs fNyq =
Các thành phần tần số cao mà hệ thống có thể xử lý được biết đến như là tần số Nyquist. Điều đó cũng áp dụng cho các bộ lọc số. Vi dụ, nếu khoảng thời gian lấy mẫu là:
t ∆ =0.0001 s Tần số lấy mẫu là: Fs=1.000 Hz Và tần số cao nhất mà hệ thống có thể xử lý là FNyq= 500Hz
Các dạng của phương pháp lọc mà được dựa trên cơ sở kỹ
- Infinite impulse response (IIR) hoặc recursive digital filters
- Finite impulse response (FIR) hoặc nonrecursive digital filters
- Nonlinear
Ví dụ về thiết kế bộ lọc IIR:
Modul DSC (Datalogging and Supervisory Control ) có 5 dạng VI lọc đệ quy: Butterworth, Chebyshev, Inverse Chebyshev, hoặc Chebyshev II, Elliptic, và Bessel. Mỗt dạng lọc có 4 yếu tố cơ bản, cấu hình thường được sử dụng:lowpass, highpass, bandpass, và bandstop (hoặc notch). Các thông số lọc ta có thể điều khiển là các thành phần tần số thấp hơn hoặc cao hơn, bậc của bộ lọc, độ gợn của dải thông tính theo deciben, độ gợn của sự suy giảm stopband. Ta có thể hiển thị hàm phổ theo tuyến tính hoặc theo deciben, như đã được chỉ ra trong hình minh họa:
Block Diagram sau đây xác định phổ thu được của các bộ lọc. Sơ đồ xử lý dữ liệu thông qua một bộ lọc cường độ và giai đoạn thu được của tín hiệu đó. Các bộ lọc thường sử dụng cấu trúc “case” để thiết kế. Các tín hiệu thu được từ cấu trúc “case” là sự trả lại của hệ thống. Các hàm chuyển đổi của hệ thống phù hợp với tín hiệu thu được thông qua biến đổi Fourier.
Bởi vì từ cấu trúc “Case” đầu ra là tín hiệu được trả lại, do đó ta có thể tìm thấy được hàm chuyển với một biến đổi Fourier. Một
nửa thông tin sau “Real FFT”. Thông tin về cường độ và bước trở
nên dễ xử lý hơn so với các thành phần thực và ảo của FFT, và đo đó ta có thể sử dụng VI “1D Rectangular to Polar” để thu được cường độ và bước. Cuối cùng, xử lý bước và chuyển nó sang độ và chuyển cường độ sang dêciben