信號分析儀及微機(jī)測試系統(tǒng)簡介資料

主要內(nèi)容信號分析儀模擬信號分析儀：均值等測量儀、概率密度儀、相關(guān)分析儀、頻譜分析儀等數(shù)字信號分析儀微機(jī)測試系統(tǒng)及應(yīng)用系統(tǒng)形式、基本組成、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用8/15/202417-1信號分析儀一、概述信號分析儀：從信號中提取有用信息的裝置信號分析儀主要用來分析工程信號的的特征參數(shù)：統(tǒng)計(jì)參數(shù)：均值、方差、均方值、概率密度函數(shù)、聯(lián)合概率密度函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、自功率譜密度函數(shù)、互功率譜密度函數(shù)、相干函數(shù)、倒頻譜、模態(tài)分析、頻率響應(yīng)函數(shù)分析等信號的調(diào)理：濾波、變換、調(diào)制、放大等。歷程：模擬分析—數(shù)字分析8/15/20242二、模擬信號分析儀定義直接對被測信號的模擬量進(jìn)行分析出來的儀器形式機(jī)械式、電子式、光學(xué)式、混合式主要是利用各種運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)組成的模擬式電子分析儀，如電壓表、波形分析儀、模擬相關(guān)分析儀、模擬頻譜分析儀等8/15/202431、均值、均方值、均方根值的測量電路信號強(qiáng)度信息的估算：專用電壓測量電路：積分器除法器顯示積分器除法器顯示乘方開方顯示8/15/202442、概率密度分析儀幅值的概率密度：有限觀察時間的概率估算：加法電路振幅窗窗寬與門除法器除以平均電路X-Y記錄儀概率密度分析儀電路：時間脈沖發(fā)生器可變直流發(fā)生器8/15/202453、相關(guān)分析儀估算值分析電路：單通道和多通道乘法器1平均電路1顯示器乘法器1平均電路1顯示器乘法器1平均電路1顯示器可調(diào)延時模擬電路長時間延時較困難，所以相關(guān)分析儀多采用數(shù)字式分析儀8/15/202464、模擬式頻譜分析儀頻譜分析儀顯示信號能量與頻率之間的函數(shù)關(guān)系，是一種時-頻轉(zhuǎn)換裝置。工作原理：單邊功率譜密度函數(shù)：單位頻帶上的平均功率8/15/20247頻譜分析法功率頻譜分析方法：濾波法：帶通濾波式、掃描濾波式和外差式相關(guān)法和直接傅里葉變換法濾波頻譜分析法采用濾波器從信號中逐次選出所需頻率成分進(jìn)行分析。輸入放大器濾波器平方平均除法顯示器檢波器8/15/20248濾波式頻譜分析儀順序?yàn)V波式輸入放大器濾波器檢波器顯示器濾波器濾波器輸出放大器順序?yàn)V波式頻譜分析儀中心頻率依次增大，恒帶寬比帶通濾波器8/15/20249并行濾波式頻譜分析儀原理：每個濾波器都接一個檢波器，采用邏輯電路和電子開關(guān)，高速依次與顯示器瞬時接通，從而大大提高分析速度。輸入放大器濾波器檢波器顯示器濾波器濾波器檢波器檢波器8/15/202410三、數(shù)字信號分析儀數(shù)字分析的基本知識：1、離散傅里葉變換（DFT）離散化：傅里葉變換：特點(diǎn)：計(jì)算工作量很大，如N=1024，則計(jì)算量將達(dá)到兩百萬次以上。8/15/2024112、頻混、泄漏和柵欄效應(yīng)1）混頻混頻：當(dāng)采樣頻率較低，不能滿足采樣定律時，采樣過程中會漏掉一些高頻成分的瞬時值，出現(xiàn)頻率混淆的現(xiàn)象。措施：確保滿足采樣定律：抗混頻濾波：在采樣前利用低通濾波過濾掉不需要的高頻成分8/15/2024122）泄漏現(xiàn)象泄漏：信號截斷后，原信號的頻譜發(fā)生畸變的現(xiàn)象措施：增大矩形窗的寬度；采用主瓣加強(qiáng)、旁瓣較小的截斷窗函數(shù)8/15/2024133）柵欄效應(yīng)柵欄效應(yīng)：經(jīng)離散采樣后的頻譜僅在各采樣點(diǎn)上存在，而非采樣點(diǎn)的頻譜則被“擋住”無法顯示（視為0）的現(xiàn)象柵欄頻帶間隔措施：為了解決上述矛盾，可采用ZOOM-FFT或Chip-Z變換，或采用基于模型的現(xiàn)代譜分析技術(shù)。8/15/2024143、快速傅里葉變換FFT的特征DFT算法：N2次復(fù)數(shù)相乘和N（N-1）相加；FFT算法：基2算法：將采樣點(diǎn)N分解為兩組，分別進(jìn)行運(yùn)算，然后進(jìn)行組合。運(yùn)算次數(shù)：復(fù)數(shù)相乘次數(shù)為，復(fù)數(shù)相加為N越大，兩者運(yùn)算量懸殊越大，當(dāng)N=256時，相差64倍，當(dāng)N=1024時，相差204.8倍；新型FFT算法：ＮＦＦＴ、ＷＦＴＡ、ＰＦＴＡ等8/15/202415基于FFT的信號分析儀硬件控制型分析儀特點(diǎn)：運(yùn)算速度快；分辨率高；操作、顯示、存儲、記錄等較方便，但分析功能不能擴(kuò)展和更改。應(yīng)用：分析要求單一的場所。軟件控制型分析儀特點(diǎn)：內(nèi)置專用計(jì)算機(jī)，各種分析功能由軟件程序控制。分析速度較慢，適合重復(fù)處理大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。8/15/202416４、微機(jī)信號分析系統(tǒng)組成：通用計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備特點(diǎn)：軟件功能強(qiáng)大，不僅有標(biāo)準(zhǔn)分析程序，還可以進(jìn)行編程；分析功能不受限制，使用靈活。運(yùn)算速度較慢。功能：D/A和A/D輸入、輸出通道；數(shù)據(jù)采集和存儲的；分析運(yùn)算；反饋控制。8/15/202417７－２微機(jī)測試系統(tǒng)微機(jī)測試系統(tǒng)：以微型計(jì)算機(jī)或微處理器為核心，配以信號輸入輸出和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的數(shù)字化測量系統(tǒng)。應(yīng)用形式智能測試儀器：以微處理器和輔助器件組成的、具有一定智能的多功能測試裝置，主要應(yīng)用于專門測量對象。通用微機(jī)測試系統(tǒng)：以通用計(jì)算機(jī)為中心，并通過接口電路與各種測試儀器結(jié)合起來，組成具有數(shù)據(jù)采集、傳輸處理和測試過程自動化控制的測試系統(tǒng)。即可用于測試，亦可用于控制。8/15/202418微機(jī)測試系統(tǒng)的基本組成基本組成信號輸入通道、數(shù)據(jù)輸出通道和主計(jì)算機(jī)信號輸入通道基本構(gòu)成：結(jié)構(gòu)形式：多路分時采集單端輸入：多路檢測、分時采集，結(jié)構(gòu)簡單、低成本。多路同步采集分時輸入：多路同步采集多通道輸入；傳感器信號調(diào)理采樣/保持模數(shù)轉(zhuǎn)換主計(jì)算機(jī)8/15/2024198/15/2024208/15/2024218/15/202422數(shù)據(jù)輸出通道形式一類是將分析數(shù)據(jù)通過串行或并行輸出端口送人數(shù)字式顯示器或記錄存儲；另一類是將分析數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入到模擬式指示儀表、記錄設(shè)備或反饋控制設(shè)備。結(jié)構(gòu)類型：單通道和多通道8/15/202423微機(jī)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容:主計(jì)算機(jī)的選型、輸入輸出通道設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)三部分。主計(jì)算機(jī)的選型字長：依據(jù)被測參數(shù)的最大范圍和精確度來確定；主頻：與信號的采樣頻率有關(guān)；內(nèi)存：軟件大小和數(shù)據(jù)庫的容量。8/15/202424輸入輸出通道設(shè)計(jì)輸入通道數(shù)：由檢測參數(shù)數(shù)目決定，按三種基本形式選用；輸出通道