信號(hào)頻譜分析和測試

信號(hào)頻譜分析和測試 返回一、實(shí)驗(yàn)室名稱：虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：信號(hào)頻譜分析和測試三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庵芷诤瘮?shù)的傅立葉變換理論及虛擬頻譜分析儀的工作原理；熟悉典型信號(hào)的波形和頻譜特征，并能夠從信號(hào)頻譜中讀取所需的信息。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測量典型信號(hào)（正弦波、三角波、方波）的頻譜并記錄；用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的任意波形信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)任意信號(hào)，觀察其頻譜。五、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件：1、計(jì)算機(jī)一臺(tái)2、SJ-8002B電子測量實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)3、FG1617函數(shù)發(fā)生器一臺(tái)4、虛擬頻譜分析儀程序5、Q9線一條六、實(shí)驗(yàn)原理常見周期信號(hào)傅立葉展開公式與波形方波f(f(t)A0.5T-AT圖1方波f(t)4A(sint1sin1sin

1sin7t2 3 5 三角波

，其中的 Tff(t)AtT-A圖2三角波f(t)8A(sint1sin1sin1cos7t22 9 25

，其中的 Tf(f(t)AtT2T3T圖3鋸齒波f(t)AA(sint1sin2t1sin1sin4t ) 22 2 3

，其中 T信號(hào)的離散傅立葉變換（DFT）x(t經(jīng)采樣后變?yōu)閤(nT’為采樣周期，采樣頻率fs=1/x(n的傅里葉變換可以表示為：XkN1xnej2nk/Nn0

，n=0，1，…N-1X(k)是復(fù)數(shù)，信號(hào)的頻譜是它的模，為了方便顯示，做歸一化處理，用示頻譜。頻率分辨率f為：ffs N

X(k) N來表f fkkf Nk sFFT是DFT的快速算法。虛擬頻譜分析儀數(shù)字式虛擬頻譜分析儀是通過A/D理器系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)來處理.在對交流信號(hào)的測量中，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣速率必須4所示：模擬輸入模擬輸入調(diào)理電路A/D存儲(chǔ)器FFT頻譜顯示圖4頻譜分析儀框圖七、實(shí)驗(yàn)步驟測量典型信號(hào)（正弦波、三角波、方波）的頻譜Q9線連接信號(hào)發(fā)生器與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的Ain1EPP驗(yàn)平臺(tái)和計(jì)算機(jī)之間的EPP。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為10K，峰峰3V左右的正弦波，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配套的頻譜分析軟件，觀察波形顯示并作圖。由信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)頻率為10KHz，峰值為3V的正弦波，用數(shù)字頻譜分析儀對該信0Hz100KHz，Y2V1，并計(jì)算出頻譜的理論值填入表1。由信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)頻率為10KHz，峰值為3V的三角波，用數(shù)字頻譜分析儀對該信0Hz100KHz，Y2V2，并計(jì)算出頻譜的理論值填入表2。由信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)頻率為10KHz，峰值為4V進(jìn)行頻譜測量，幅度刻度方式設(shè)為線性刻度，不加窗函數(shù)，起始頻率為0Hz，結(jié)束頻率為100KHz，Y5V3，并計(jì)算出頻譜的理論值填入表3。DDS信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)任意信號(hào)，觀察其頻譜用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的任意信號(hào)源產(chǎn)生一個(gè)任意信號(hào)，任意波形產(chǎn)生公式Y(jié)=K1*SIN(X+φ1)+K2*SIN(2X+φ2)+K3*SIN(3X+φ3K1=K2=K3=1,φ1=0,φ2=90,φ3=180,用數(shù)字頻譜30KHz，Y0.5V，觀察其頻譜并劃出其大致譜線。八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析：8．1測量典型信號(hào)（正弦波、三角波、方波）的頻譜準(zhǔn)備工作：顯示界面如下圖所示，時(shí)域和頻域波形正常，說明準(zhǔn)備工作已經(jīng)完成。圖5虛擬頻譜分析儀界面正弦波頻譜分析：基波二次諧基波二次諧三次諧四次諧五次諧六次諧七次諧

圖6正弦波波波波波波波頻率（Hz）10K000000幅度（V）2.125000000理論值（V）2.121000000表1分析：正弦波信號(hào)是單一頻率的周期信號(hào)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該特征，并發(fā)現(xiàn)實(shí)測信號(hào)頻譜并非理論值的絕對豎線表現(xiàn)，即信號(hào)頻譜是有旁瓣的。三角波頻譜分析：頻譜測試界面

圖7三角波信號(hào)波波波波波波頻率（Hz）10k30k50k70k90k**幅度（V）2.130.250.130.060.025**理論值（V）2.130.240.100.040.026**基波二次諧三次諧基波二次諧三次諧四次諧五次諧六次諧七次諧幅度依次遞減，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三角波頻譜的該特征。方波頻譜分析：圖8 方波基波二次諧基波二次諧三次諧四次諧五次諧六次諧七次諧波波波波波波頻率（Hz）10k30k50k70k90k**幅度（V）3.151.1250.750.550.40**理論值（V）3.181.0600.640.450.35**表3分析：通過傅立葉展開公式，可以看出方波的頻譜由基波和奇次諧波組成（無偶次諧波且各次諧波幅度依次遞減，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方波頻譜的該特征。8．1DDS:圖9任意波形信號(hào)用數(shù)字頻譜分析儀對實(shí)驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)生的任意信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,其頻譜的譜線如下圖所示:圖10 任意波形的頻譜Y=K1*SIN(X+φ1)+K2*SIN(2X+φ2)+K3*SIN(3X+φ3)為，在產(chǎn)生任意信號(hào)時(shí)，設(shè)置K1=K2=K3=1,φ1=0,φ2=90,φ3=180,即產(chǎn)生的信號(hào)由三種頻率成分組成，幅度一致且相位呈90析發(fā)現(xiàn)頻譜分析分離出該信號(hào)的三種頻率分量，但是對相位特征無響應(yīng)。九、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：周期信號(hào)的波形和頻譜特征，并能夠從信號(hào)頻譜中讀取所需的信息。思考和練習(xí)題：1答：組合波形各相位分量的變化并不影響其頻率成分以及其幅值大小。2．?dāng)?shù)據(jù)采集的采樣頻率對頻譜測量有什么影響？答：數(shù)據(jù)采集的采樣頻率必須大于信號(hào)的頻譜中最高頻率的2十、總結(jié)及心得體會(huì)：