基于构件的时频分析仪的研究

　　1　引　　言

　　在振动信号和其他物理信号的分析中,非平稳信号的分析是重要而常见的,传统上人们认识客观对象都采用线性和平稳性分析处理方法[1]。对于非平稳信号,必须了解信号的频谱如何随时间而变化,信号的能量在时间、频率平面上如何分布,因此研制时频分析方法和仪器是十分重要的。

　　软件构件技术是在软件开发中避免重复劳动的解决方案。基于构件的应用软件开发方法是在吸取已有的软件开发方法的经验基础上结合构件技术和软件复用技术而产生的一种新的、高效的开发方法[2-3]。本文采用构件化软件开发方法,在深入研究了目前非平稳信号的分析原理与处理方法的基础上,对时频分析仪进行设计与开发,并结合工程实际,成功研制了一台基于构件的时频分析仪。

　　2　基于构件的时频分析仪的软件体系结构

　　软件体系结构是继软件工程过程模型的面向对象模型之后的下一代逻辑模型,其功能在于把握相似应用程序的结构,将孤立的部件组织在一起,提供交互渠道,控制程序运行,它描述了整个软件系统的组织结构[2-4]。

　　2.1　构件技术

　　构件是可复用的软件组成成分,软件构件技术是支持软件复用的核心技术,可被用来构造其他软件。软件开发实际上就是一个组装过程:首先,在构架的指导下,寻找或设计复用构件;然后,按照采用的特定技术,将构件组织在一起;最后,将各构件进行连接,形成组合式的应用程序。

　　2.2　基于构件的时频分析仪的总体设计

　　本文研究的时频分析仪采用构件化的软件设计方法[2-5],将系统划分为不同的构件组合,其中包括专用构件和公用构件,即以仪器功能为中心的各个功能模块构件的设计和仪器面板构件的设计,系统的总体设计框图如图1所示。整个时频分析仪包括硬件和软件两部分,其中硬件部分又分为计算机硬件平台、传感模块硬件和测控功能硬件,根据测控功能硬件的不同,分析仪可分别划分为基于GPIB、VXI、PXI和DAQ 4种标准体系结构。其中,DAQ是指基于计算机标准总线(如ISA、PCI、USB等)的数据采集模块,它更加充分地利用计算机的资源,大大增加了测试系统的灵活性和扩展性。利用DAQ可方便快速地组建基于PC的仪器,本文研究的时频分析仪采用DAQ标准体系结构。

　　2.3　基于构件的时频分析仪的开发模型

　　采用构件技术开发时频分析仪的过程与搭积木的过程很类似,首先构筑系统的总体框架,然后构造各个构件,并依次把构件安装到系统中去。仪器的设计与开发始终同一个叫做“构件集合”的实体打交道,这个构件集合也被称为“构件库”,其中包括仪器的面板构件和功能构件两大部分。图2所示时频分析仪的开发模型。