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很容易实现。

在频域分析中，以电压为例，将畸变的周期性电压分解成傅里叶级数式中，是基波的角频率，是谐波次数，为第次谐波电压的均方根值，是第次谐波电压的初相角，是所考虑的谐波最高次数，由波形的畸变程度就和分析的准确度要求来决定，通常取电压谐波总的畸变率为。

由于各次谐波的均方根值与其幅度存在的关系，所以也有。

图为互相关运算子。

图互相关运算功能函数频率响应频率响应函数是描述测量系统动态特性的重要参数。

它是系统输出与系统输入的傅立叶变换之比即式中为加窗函数或滤波之后的输出为输入的原始波形。

将式乘以的共轭复数可以得到，在式中，为互功率谱密度为自功率谱密度。

因此也可以用测试系统激励信号与输出信号的互功率谱密度函数除以激励信号的自功率谱密度函数来求系统的频率响应函数。

窗函数设计在实用的信号采样系统中，即使考虑采样定理及采样条件，也只能取得部分局限的信号记录。

但是在实时系统中局限的信号记录将产生谱信息的泄漏造成了实时系统的谱特征对于原始的连续时间谱特征所形成的假象。

谱泄漏的数量取决于信号不连贯的程度。

可以使用平滑窗，减少每个采样周期边界上信号不连贯的程度。

它包括个与时域信号相成的个定长的窗，该窗幅度变化很平缓且在边缘处逐渐趋近于零。

因此在对定长数据应用傅立叶变换或谱分析时，可以应用窗来修正波形的转折沿以减少谱泄漏。

加窗函数类型有多种，如和。

它们的适用条件均不同，根据使用者的需求以及输入波形的特点适当的选择，对正确分析和得出结果有较大益处。

数据存储及波形回放用相位累加器输出的数据作为取样地址，对正弦波波形存储器进行相位幅值转换，即可在给定的时间上确定输出的波形幅值。

图为数据存储及波形回放程序框图测量数据可以有选择的进行保存回放以及打印，避免了大量测试结果人工记录的麻烦，同时也为计算机处理实验结果数据提供了很大方便。

图数据存储及波形回放程序图虚拟频谱分析仪的测试结果示例虚拟频谱分析仪的前面板图虚拟频谱分析仪前面板面板介绍图中区为频谱显示部分区为时域信号显示部分是频谱分析开关区两通道基频数字显示区为虚拟频谱分析仪的时域频率响应实部虚部和频率响应幅频相频开关为频谱分析仪各个功能界面的切换部分控制卡。

虚拟频谱分析仪的性能指标本虚拟频谱分析仪的设计是参阅通用的双通道台式数字存储示波器的功能，并且在仪器分析上有所扩展。

仪器的主要功能包括双通道信号输入触发控制通道控制时基控制波形显示频谱分析波形存储和读取等。

将其各项性能指标总结为表。

表虚拟频谱分析仪的性能指标项目指标采样速率采集板分辨率双波形显示方式通道或双通道电压参数测量有时间频率参数测量有定位标尺两个分析功能频谱分析，谐波分析，频率响应分析，相关分析数据存储硬盘或软盘结果显示实时显示虚拟频谱分析仪的实验结果示例图正弦波频谱分析图方波频谱分析图三角波频谱分析图三角波频谱分析图叠加波形和正弦波图锯齿波谐波分析图频率响应的幅频特性与相频特性分析激励信号为，幅值为，初始相位为，响应信号是同频率同幅值的余弦信号图频率响应的实部谱和虚部谱分析激励信号为，幅值为，初始相位为，响应信号是同频率同幅值的余弦信号虚拟频谱分析仪与传统频谱分析仪的对比虚拟频谱分析仪是采用虚拟仪器技术设计的仪器，因此其必然具有虚拟仪器的优点，例如更新速度快费用低功能可由用户自定义并具有数据存储回放的些传统仪器所不具备或很少具备的功能。

表为虚拟频谱分析仪与传统频谱分析仪些功能的比较。

表虚拟频谱分析仪与传统频谱分析仪的功能对比项目传统频谱分析仪虚拟频谱分析仪测试功能基本功能基本功能用户自定义时域频域分析有有自校需要不需要数据存储无少数有有数据回放无少数有有开发费用高低更新速度慢快更新方式硬件软件更新及维护费用高低由该表我们可以看出，虚拟频谱分析仪与传统的频谱分析仪相比具有突出的优点。

特别是开发及维护费用大大降低，而且仪器功能可由用户根据需要自定义，使用起来更加方便，性价比极高。

第六章虚拟频率测试仪的重构本章首先介绍了传统频率特性测试仪的工作原理及实现方法，接着详细介绍了虚拟频率特性测试仪的原理及设计，最后给出传统频率特性测试仪与虚拟频率特性测试仪的些功能及指标的对比。

传统频率特性测试仪频率特性测试仪简称扫频仪，是种根据扫频测量法原理组成的电子测量仪器。

扫频仪能够直接在示波管的荧光屏上显示被测电路频率特性，与示波器不同的是，它的横坐标为频率轴，纵坐标为电平值，而且在显示图形上叠加有频率标志，可对电路幅频特性带宽等进行定量测量。

测量的基本方法要测量线性网路的幅频特性或相频特性，应给予激励信号。

激励信号不同，频率特性的测试方法则不同。

常见的有静态正弦波点频测量法动态的扫频测量法采用具有素数关系的多正弦波序列的多频测量法及采用伪随机信号的广谱快速测量法等。

测量原理频率特性测试仪电路组成框图如图所示。

整个电路由三部分组成扫频和频标信号的产生示波驱动与显示高低压电源。

图频率特性测试仪电路组成框图传统频率特性测试仪示例全数字频率特性测试仪是国内首台采用直接数字合成器作为频率源，微处理器进行控制的全数字电路频率特性测试仪。

该仪器提供了简单而功能明晰的前面板，按健旋钮及屏幕中文菜单方便操作彩色液晶屏视觉舒适，可直接显示标记位置的频率值幅度值相位值具有完成测量所需的高性能指标和强大功能，可帮助用户更快的完成测试任务。

完善的数据处理功能及接口便于和计算机组成自动测试系统及打印测试结果，使用户更快更清晰的观察和分析被测对象的特性和参数。

仪器如图所示。

图频率特性测试仪虚拟频率特性测试仪的重构频率特性分析可以通过多步法和使用扫频信号的单步法实现。

但是由于硬件系统有定的局限性，采用扫频信号实现频率特性效果比较差，所以采用多步法。

多步法主要优点是稳定可靠，物理概念清楚缺点是速度比较慢。

频率特性分析仪是基于信号发生卡和信号采集卡实现的，由信号发生卡提供激励信号，采集卡对激励信号和响应信号同时进行采集，然后通过对信号进行分析处理，得到系统的频率特性，体现了软件的可重构性。

虚拟频率特性测试仪的结构虚拟频率特性测试仪由计算机信号发生卡数据采集卡和相应的软件用开发的应用软件组成。

结构如图所示我们用信号发生卡产生所需频率的正弦波作为激励信号，并将其加到被测网络上，然后用信号采集卡将激励信号和网络输出端的响应信号同时采集到计算机中，经处理后，构成幅频和相频特性曲线，并显示在计算机屏幕上。

图频率特性测试仪虚拟频率特性测试仪软件设计流程图如图所示图频率特性测试仪程序框图如图所示图幅频特性测试程序框图幅频测试程序是根据公式编写的，相频特性曲线测试程序是根据公式编写的，其中为激励信号与响应信号的互功率谱，为激励信号的自功率谱，为响应信号的自功率谱。

在中，自功率谱用测量，互功率谱用测量，按公式编写程序则很简单。

仪器面板介绍图无源高通滤波器面板介绍图中区为幅频分析选项卡区为相频分析选项卡区位仿真信号测量选项卡区频率特性曲线显示区区为其设置区域，包括设备槽号的选择工作模式选择窗函数类型选择以及函数功能状态显示为扫频信号设置为数据存储与回放按钮为虚拟频率特性测试仪的开关。

测试电路测试电路很简单，这里选择阻容式无源滤波电路，如图所示为阻容式高通滤波电路，电阻，电容板综合在起，前面板可以采用控制卡的形式进行任意切换。

将设计好的程序生成可执行文件形式如图，我们只需要双击该图标就可以进入这台综合的虚拟电子测量仪器，选择我们需要用到的仪器进行工作并可以随时切换成其它仪器或同步使用。

图虚拟电子测量仪器的可执行文件双击图标后将打开这样个界面，如图所示。

可以看到当前仪器的版权版本等信息，我们此时并不能使用该仪器，要想打开并使用这台仪器，我们必须得输入正确的密码口令。

图请输入正确密码使用该仪器这项功能的设置是其它通用电子测量仪器所没有的，但是有时这项功能也是十分必要的，不同的密码也可以控制仪器部分功能的使用，就如在学生用它做实验时，为了培养学生的动脑分析计算能力，可以把有些功能锁定，不能使学生养成投机取巧的习性，当他们分析计算结束再输入密码与仪器分析的结果进行比较校对，当然用途也不仅如此。

当密码输入时如图所示弹出提示，请重新输入密码。

图密码输入请核对后重新输入当我们正确的输入密码后，我们才真正的进入了这台虚拟电子测量仪器的工作界面，我们现在可以使用它的所有功能了。

密码登陆后面板程序如图所示。

图密码登陆程序程序说明密码登陆程序中主要是应用了字符串的比较条件结构循环蜂鸣声以及单按钮对话框等等。

当点击登录按钮或敲回车键时，程序判断输入字符串与要比较的字符串是否致，如果致，则登陆成功条件为真，以后的各个仪器才可以工作倘若输入密码不致，则显示并发出咚咚响声提示。

综合面板设计台完整的通用虚拟电子测量仪面板如以下图列所示，以控制卡的形式任意切换，选择所需要的仪器进行工作，部分仪器可以同时工作。

选项卡可以增添许多子板卡，这样我们可以将个仪器界面设置在个子板卡上，点击板卡头即可更换仪器界面。

例如打开个新的面板则出现台新的仪器。

图密码登陆界面图示波器界面图信号发生器界面图频谱分析仪界面图频率特性测试仪界面图逻辑分析仪界面图电工表界面图电工表界面图登陆初始界面以上为台完整虚拟电子测量仪器的部分前面板示例，操作界面友好。

全文总结可重构虚拟电子测量系统的研制可以实现套系统替代多个实验室的目的，不仅可以降低实验教学的资金投入，而且可以使实验摆脱仿真阶段，跨入教学实验和工程实际相结合的阶段。

研究工作及成果总结学习了关于可重构系统的知识，初步了解了国内外可重构系统的现状和发展趋势，熟悉了可重构系统