实验典型信号频谱分析文档格式.docx

1、帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号 x（t）的傅氏变换为：X（f） x（t）e j2ftdt式中X（f）为信号的频域表示，x（t）为信号的时域表示，f为频率。3.周期信号的频谱分析周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件：x （ t ） = x （ t + nT ）从数学分析已知，任何周期函数在满足狄利克利（ Dirichlet）条件下，可以展开成正交函数线性组合的无穷级数，如正交函数集是三角函数集（sinn 3 0t,cosn达式:各余弦分量幅值为:各正弦分量幅值为:利用三角函数的和差化积公式，周期信号的三角函数展开式还可写如下形an,bn,An, n为信号的傅立叶系数

2、，表示信号在频率 fn处的成分大小。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以 fn为横坐标，an, bn为纵坐标画图，则称为时频一虚频谱图；以fn为横坐标，An, n为纵坐标画图，则称为幅值一相位谱；以fn为横坐标,An2为纵坐标画图，则称为功率谱，如图 7所示。图7周期信号的频谱表示方法频谱是构成信号的各频率分量的集合, 它完整地表示了信号的频率结构,即 信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位， 从而揭示了信号的频 率信息。4.非周期信号的频谱分析非周期信号是在时间上不会重复出现的信号， 一般为时域有限信号，具有收 敛可积条件，其能量为有限值。这种信号的频域分析手段是傅立叶变换。其

3、表达 式为：x（t） 21X（ ）ej tdx（t）或X（f ）ej2ftdfX（）x（t）e j tdtX（f）x（t）e j2 ftdt与周期信号相似，非周期信号也可以分解为许多不同频率分量的谐波和， 所不同的是，由丁非周期信号的周期 ，基,它包含了从零到无穷大的所有频率分量，各频率分量的幅值为 小量，所以频谱不能再用幅值表示，而必须用幅值密度函数描述。非周期信号x（t）的傅立叶变换X（f）是复数，所以有:X（f） X（f）ej X（f） Re2 X（f） Im2 X（f）式中|X（f）|为信号在频率 f 处的幅值谱密度为信号在频率f处的相位差工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以 f为横

4、坐标，ReX（f）、ImX（f）为纵坐标画图，则称为时频一虚频密度谱图；以 f为横坐标，|X（f）|、 （f）为纵图8非周期信号的频谱表示方法与周期信号不同的是，非周期信号的谱线出现在 0,f max的各连续频率值上,这种频谱称为连续谱。5.频谱分析的应用频谱分析主要用丁识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手 段。例如，在机床齿轮箱故障诊断中，可以通过测量齿轮箱上的振动信号，进行 频谱分析，确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。再 例如，在螺旋浆设计中，可以通过频谱分析确定螺旋浆的固有频率和临界转速， 确定螺旋浆转速工作范围。本实验利用在DRVI上搭建的频谱分析仪

5、来对信号进行频谱分析。由虚拟信 号发生器产生多种典型波形的电压信号,用频谱分析芯片对该信号进行频谱分 析，得到信号的频谱特性数据。分析结果用图形在计算机上显示出来， 也可通过打印机打印出来。三、 实验仪器和设备1.计算机 n台2.DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3.打印机 1台四、 实验步骤及内容1.启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点 击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“ DRVI采集仪 主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从DRVI工具栏和快捷工具条中启动“DRVI微型Web服务器”和“内 置的Web服务器”，

6、开始监听8600和8500端口。2.打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI客户端程序，然后点击DRVI 快捷工具条上的联机注册图标，选择其中的“ DRVI局域网服务器检 测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：192.168.0.1）,点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕后即可正常 运行客户端所有功能。3.在DRVI软件平台的地址信息栏中输入如下信息“ http:/服务器IP地址:8600/SensorLAB/index.htm”，打开 WEB版实验指导书，在实验目录 中选择“典型信号频谱分析”实验，根据实验原理和要求搭建一个典型 信号频谱分析实验。4.该实验首先

7、需要设计一个典型信号发生器，来产生白噪声、正弦波、方波、扫频信号等各种典型信号，DRVI中提供了一个“数字信号发生器”芯片 可以直接生成上述信号,可以用一片“多联开关”芯片 与之联动来控制“数字信号发生器”芯片的输出信号类型；对丁整个实验 的启动，用一片“开/关按钮”芯片来口进行控制；为计算信号幅值谱，选择一片“频谱计算”芯片 ；为计算信号的强度，选择一片“时域参数计算”芯片;另外选择二片“波形/频谱显示”芯片 ，用丁显示信号的波形和频谱；选择一片“方型仪表”芯片,用丁显示信号的有效值；为实现频谱的放大、展宽等操作，插入一片“波形 /频谱曲线操作”芯片最后根据连接这些芯片所需的数组型数据线数量

8、，插入 4片“内存条”芯片，扩展4条数组型数据线，用丁存储动态数据；再加上一些文字显示芯片和 装 饰 芯 片,就可以搭建出一个典型信号的频谱分析实验。所需的虚拟仪器软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图 9所示，根据实验原理设计图在 DRVI软 面包板上插入上述软件芯片，然后修改其芯片届性窗中相应的连线参数 就可以完成该实验的设计和搭建过程。12360000DU16002颌31 1| 1 rH:Jr ； !:1 1 1 I AR I .n ； ； rri i i 1 - 1 *易山由 LI金PiI IL i -1 .J Ml_1 .浚说明=红线和成箜表示单交重菠据燧，避线布

9、实绶表示敷蛆里嗷据 技，前头代表麴据或;信号衽轶件总统中的疝助方向图9典型信号频谱分析实验原理设计图5.例如，从软件芯片列表中依次插入四片“软内存条”芯片，其对应的软件芯片编号分另U为6000, 6001, 6002, 6003,然后插入“多联开关”芯 片、“数字信号发生器”芯片和“开关”芯片，利用“移动工具”在软 面包板上完成软件芯片的布局。然后在“数字信号发生器”芯片上用鼠 标右键点击，在弹出的芯片届性对话框中修改“波形存储芯片号”为6000,将其与数组型数据总线6000即“软内存条”芯片6000连接；修 改“类型线号”为2将其与多联开关连接，控制信号的输出类型；修改“开关线号”为1,将其

10、与“开关”芯片连接，由“开关”芯片来控制 信号发生器的启/停；其它参数无需修改，即可完成本实验中“数字信号 发生器”芯片的设置过程，如图 10所示。相应的，设置“开关”芯片 中的“开关线号”为1; “多联开关”芯片中的“开关线号”为 2 （与 “数字信号发生器”类型线号相联），“开关数量”为10（如图11所示）， 完成这组软件芯片的设置过程。其它软件芯片的设置可参照以上芯片设 置方法及实验原理设计图完成。6.也可以直接点击附录中“实验脚本文件”的链接，将本实验的脚本文件 贴入并运行，实验截屏效果图如图12所示。旦）与a曰H激。曲t 魏炒日0圳理也宅里平*V岳HM 却TTP LHtF iMk n

11、.w工.:占曲 rie1 工且甲# * 9函二I痹H山琳也应活*画道廿 玷他|r S） H h虾小*N 4Ti!k- Wlu 带；L # F J/耳图12典型信号频谱分析实验7.点击DRVI “典型信号频谱分析”实验中的“白噪声”按钮，产生白噪声 信号，分析和观察白噪声信号波形和幅值谱特性。8.点击DRVI “典型信号频谱分析”实验中的“正弦波”按钮，产生正弦波 信号，分析和观察正弦波信号波形和幅值谱特性。9. 点击DRVI “典型信号频谱分析”实验中的“方波”按钮，产生方波信号, 分析和观察方波信号波形和幅值谱特性。10.点击DRVI “典型信号频谱分析”实验中的“三角波”按钮，产生三角波 信号，分析和观察三角波信号波形和幅值谱特性。11.其余依此类推，分析和观察信号波形和幅值谱特性。五、实验报告要求1.简述实验目的和原理。2.整理该实验的设计原理图3.按实验步骤整理出正弦波、方波、三角波、白噪声以及其它波形的时域 和幅值谱特性图形，说明各信号频谱的特点。4.将分析结果与理论分析进行对照，说明实际分析结果与理论分析之间的 差异，并简要分析产生误差的原因。六、思考题1.为何白噪声信号对信号的波形干扰很大，但对信号的频谱影响很小。2.在DRVI快速可重组平台上面搭建一个“频谱分析仪”需要采用那些软 件芯片，它们相互之间的关系怎样，用什么方式来表达？