橫河示波記錄儀DL850E的FFT功能介紹

橫河示波記錄儀DL850E的FFT功能介紹AAAjWWVWbVVWVWi^橫河示波記錄儀DL850E具有強(qiáng)大的分析功能，能夠幫助工程師們更高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中FFT分析是常用的功能之一。但很多工程師在初次使用時(shí)會(huì)感到迷惑，不知道怎樣才能得到想要的分析結(jié)果。下面是對(duì)DL850E的FFT功能進(jìn)行詳細(xì)的介紹。J1什么是FFT功能？所謂FFT，就是運(yùn)用傅里葉變換，將波形從時(shí)域變換到頻域的方法。原信號(hào)經(jīng)過(guò)傅里葉變化后得到的波形稱為頻譜。使用頻譜分析可以清晰地看出信號(hào)中各個(gè)頻率成分的含量及信號(hào)失真造成的影響。FFT的分析結(jié)果有哪些相關(guān)項(xiàng)？采樣定理是美國(guó)電信工程師H.奈奎斯特在1928年提出的，在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中，采樣定理是連續(xù)時(shí)間信號(hào)（通常稱為“模擬信號(hào)”）和離散時(shí)間信號(hào)（通常稱為“數(shù)字信號(hào)”）之間的基本橋梁。該定理說(shuō)明采樣頻率與信號(hào)頻譜之間的關(guān)系，是連續(xù)信號(hào)離散化的基本依據(jù)。即在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)（fs.max>2fmax）,采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的2.56?4倍。對(duì)于FFT頻譜分析來(lái)說(shuō)N個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)過(guò)FFT變換后得到N個(gè)點(diǎn)的以復(fù)數(shù)形式記錄的FFT結(jié)果。假設(shè)采樣頻率為Fs,采樣點(diǎn)數(shù)為N。那么FFT運(yùn)算的結(jié)果就是N個(gè)復(fù)數(shù)（或N個(gè)點(diǎn)），每一個(gè)復(fù)數(shù)就對(duì)應(yīng)著一個(gè)頻率值以及該頻率信號(hào)的幅值和相位。第一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率為0Hz（即直流分量），最后一個(gè)點(diǎn)N的下一個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)采樣頻率Fs。其中任意一個(gè)采樣點(diǎn)n所代表的信號(hào)頻率：Fn=（n-1）*Fs/N這表明，頻譜分析得到的信號(hào)頻率最大為（N-1）*Fs/N，對(duì)頻率的分辨能力是Fs/N。采樣頻率和采樣時(shí)間制約著通過(guò)FFT運(yùn)算能分析得到的信號(hào)頻率上限，同時(shí)也限定了分析得到的信號(hào)頻率的分辨率。FFT結(jié)果有對(duì)稱性，通常我們只是用前半部分的結(jié)果，也就是小于采樣頻率一半的結(jié)果。同時(shí)也只有采樣頻率一半以內(nèi)、具有一定幅值的信號(hào)頻率才是真正的信號(hào)頻率。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)FFT頻譜分析頻率上限為采樣率的一半。舉例來(lái)說(shuō)：采樣率為IMs/S的原始數(shù)據(jù)，F(xiàn)FT分析頻譜的上限即為500KHz;當(dāng)FFT點(diǎn)數(shù)設(shè)為10K時(shí)，頻率的分辨率100Hz。高頻混淆看過(guò)上面的講解后，大家是否會(huì)有疑問(wèn)，如果信號(hào)中包含的頻率成分超過(guò)了頻譜分析的頻率上限，會(huì)怎么樣呢？這里就涉及到FFT頻譜分析中，信號(hào)缺失混淆的問(wèn)題了。所謂的高頻混淆：在重復(fù)波形上通過(guò)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行FFT運(yùn)算時(shí)，超過(guò)采樣頻率一半的頻率成分將被識(shí)別成低頻率成分，這種現(xiàn)象稱為混淆現(xiàn)象。在實(shí)際FFT分析中經(jīng)常會(huì)由于采樣不足，導(dǎo)致FFT頻譜的某個(gè)高頻點(diǎn)發(fā)生偏移,形成錯(cuò)誤的FFT頻譜圖。使用FFT功能的實(shí)例FFT分析最常見(jiàn)的作用就是觀察信號(hào)中特定頻率的成分，下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。如下圖所示，原信號(hào)為頻率1kHz的方波。儀器設(shè)置的采樣率為1MS/s.進(jìn)行FFT分析后的結(jié)果顯示在原波形下方的窗口中。其中橫軸為頻率，縱軸一般表示該頻率成分幅值的對(duì)數(shù)，單位為dB。

根據(jù)采樣定理，F(xiàn)FT功能能夠分析的最大頻率為采樣率的一半，在本測(cè)試實(shí)例中是500kHz?！鮥-nnorrivHnlltai'3J0CdhnrIIIIrIIF?TILicfliyW"g.ilHIIEIIIIIIIIII.□i-nnorrivHnlltai'3J0CdhnrIIIIrIIF?TILicfliyW"g.ilHIIEIIIIIIIIII.IlJ「IT峠+SJKrii:?知mme/HIF■i血DL850E中DL850E中默認(rèn)顯示最大頻率為采樣率的一半，500kHz通過(guò)手動(dòng)設(shè)萱左端/右端的頻率自定義顯示的頻率范圍，便于觀察當(dāng)FFT點(diǎn)數(shù)設(shè)為10K時(shí)，頻率分辨率為100HzFFT1ELL-MII且示1IrlEadsrSize102ModelNameIDU50E3CGrTirneiiLqTraidNunie=nFFFT1ELL-MII且示1IrlEadsrSize102ModelNameIDU50E3CGrTirneiiLqTraidNunie=nFfluLKSiae5C016譏m7HFescUdofi1.DOE+Q20HUnilHz9Cdlt202ft17/22：D~ine5910fi：112-6.033313-6.0333?E1317IS?￡422516-E4.G17：7￡5.925::-ezcraC6.C25206665321-10COS2匚JD03-3.9ES3阿耳碩則Hi竹:■■ftFFT麗I」U1弭?1*辺血1”衛(wèi)懸制-忖爬.吳?。骸梗籑lfD.訕HeaderSizeMjUtilNameDL850EComment二Trac亡NiiE亡FFT15100316WnilHR&soluticri5DCE+OlJHUnrtHzDate2惟0加2Time69:10.60■604175C-6C417LOC1-77742L5C-IM672K'-90.132250-107.7930C191192350ag.aXOC-90.39245C07Q1750C-91E3355C-10171<^111.'」'」?■」■■?：?；IL；2FFT點(diǎn)數(shù)設(shè)為10K時(shí)的頻譜圖與分析結(jié)果列表當(dāng)FFT點(diǎn)數(shù)設(shè)為20K時(shí)，頻率分辨率為50HzFFT點(diǎn)數(shù)設(shè)為20K時(shí)的頻譜圖與分析結(jié)果列表可以看到，如果需要測(cè)量該方波的3次諧波（頻率3kHz）、5次諧波（頻率5kHz），面的兩種設(shè)置都可以得到需要的分析結(jié)果。綜上，當(dāng)需要觀察信號(hào)中