第 3 章 信号数字化与动态信号分析仪
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分析系统. 测量系统. 被测对象. 激振系统. 反馈系统. 第 3 章 信号数字化与动态信号分析仪. 3.1 基本知识. 1 动态信号分析基本组成. 信号调理器或放大器. 传感器. 被测对象. 激振系统. 动态信号分析仪. 模拟输入:未经数字化处理的连续电信号 模拟抗混滤波:防止频率混叠 采样保持 :多通道的同步相当重要 采样、数模转化 :利用计算机进行数据处理需要 数字抗混滤波 加窗 :防止由于对连续信号截断和抽样所引起的泄漏 FFT :由时域到频域的转换 显示、处理、控制等. 典型双通道信号分析仪组成. 2 采样定理 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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第 3 章 信号数字化与动态信号分析仪
• 1 动态信号分析基本组成
被测对象
激振系统
测量系统 分析系统
反馈系统
3.1 基本知识
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被测对象
激振系统
传感器 信号调理器或放大器
动态信号分析仪
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模拟输入:未经数字化处理的连续电信号
模拟抗混滤波:防止频率混叠
采样保持:多通道的同步相当重要
采样、数模转化:利用计算机进行数据处理需要
数字抗混滤波
加窗:防止由于对连续信号截断和抽样所引起的泄漏
FFT:由时域到频域的转换
显示、处理、控制等
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典型双通道信号分析仪组成
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• 2 采样定理采样就是将连续模拟信号变化成离散数字信号的过程。离散后的信号能唯一地确定原连续信号,并要求离散信号通过 D/A (数 / 模 ) 转换后能恢复成原连续信号。
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•混叠现象:假定:根据频域卷积定理,有
因为,采样信号序列是一个周期函数,其傅里叶变换为
所以:
)()]([),()]([ GtgFXtxF
)()(2
1)(
GXX s
)(1
2)( sn
nT
G
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s nXT
X
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•采样定理:设 是一个频限信号,其最高频率分量为 (或) ,当采样频率 时,采样后的离散信号的频谱 就不会发生混叠,则 可完全由采样值确定。
)(tx mmf ms 2
)(sX )(tx
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• 3 量化量化是将模拟信号采样后得到的离散信号变为数字信号,以便计算机能接受,因此必须对离散信号进行数字化,即编码,这项工作由 A/D 转化器来完成。目前有 8 、 12 、 14 、 16bit 芯片,量程范围由, 5 , 10V 等。例如: 12bit A/D 转化器,量程为 10V
动态范围: 20log212 =20120.303=72dB
分辨率:满量程 /211= 满量程 /2048 =5mV ,其中 1 位是正负标志。
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3.2 离散傅立叶变换
1
0
2
1
0
2
)(1
)(
)()(
N
K
N
Knj
N
K
N
Knj
efnXN
tKx
etKxfnX
样本记录的信号的时间周期: T
采样点数为: N
则:采样时间间隔为△ t,即 T= N t△
采样频率: fs= 1/ t△ ,谱线的频率间隔△ f=1/T
dfefXtx
dtetxfX
ftj
ftj
2
2
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)()(
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数字信号分析对有限长度 T 的离散时间序列进行离散傅立叶变换( DFT )运算,这意味着首先要对时域信号进行截断。这种截段将导致频谱分析出现误差,其效果是使得本来集中于某一频率的功率(或能量),部分被分散到该频率邻近的频域,这种现象称为“泄漏”效应。
3.3 泄漏与窗函数
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• 解决泄漏问题的唯一办法是确保信号的周期性,或者在观察窗内能够完整地观测。但一般来说这种要求很难实现的。所以采取加窗减少泄漏。
• 窗函数类型:
T
Tdttw0
)(
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•窗的特性
类型 K 最高旁瓣量级 /dB
固有增益
矩形窗 1 -13 1.00
Hanning窗 2 -32 0.50
Hamming窗 2.52 -43 0.54
Guss窗 4 -55 0.43
平顶窗 4.63 -94 0.22
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•加窗原则冲击过程和瞬态过程的测量,应该使用矩形窗(也称力窗)随机和周期激振信号,多用 Hanning 窗;自由衰减信号,多用指数窗。
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滤波类型与滤波选择原则
3.4 滤波
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• 平均技术是用以降低信号中混入的随机噪声分量含量的一种方法。
• 主要种类有:– 时域平均– 频率平均– 指数平均– 峰值平均等
3.5 平均技术
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• 与计算机接口不同,分析仪可分为:– GPIB ,仪器接口(仪器类)– ISA ,计算机总线接口(卡类)– PCI ,计算机总线接口(卡类)– VXI ,仪器总线接口(卡类)– PXI ,仪器总线接口, NI 公司(卡类)– PCMCIA ,便携式电脑接口(卡类)– USB ,通用串行总线,可以连接 127 个设备– Ethernet ,网卡接口
3.6 分析仪
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现代工业测试
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ISA、 PCI
PXI
VXI
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Dataphysics公司
2-4CH32CH
40-1024CH
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• 主要性能指标:– 输入通道
• 通道数,可接传感器类型,采样频率或分析频率,频率测量范围,电压测量范围, ADC 位数,动态范围,分辨率等
– 输出通道• 通道数,输出电压范围, DAC 位数,
动态范围,分辨率等– 软件功能
• 设置功能,传感器的参数设置等• 分析功能,振动、噪声、模态测试、故障分析等
• 处理功能,数据记录,图表报告功能– 硬件功能
• 计算机要求• 接口情况,如 USB , Ethernet 等
– 其他• 外观• 工作环境要求等
3.6 分析仪
LDS公司