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第 3 章 信号数字化与动态信号分析仪

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第 3 章 信号数字化与动态信号分析仪

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  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 典型双通道信号分析仪组成

  5. 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。

  6. 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:

  7. 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。

  8. 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 =20120.303=72dB 分辨率:满量程/211=满量程/2048 =5mV,其中1位是正负标志。

  9. 3.2 离散傅立叶变换 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

  10. 3.3 泄漏与窗函数 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。

  11. 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。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:

  12. 窗的特性

  13. 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。

  14. 3.4 滤波 滤波类型与滤波选择原则

  15. 3.5 平均技术 • 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

  16. 3.6 分析仪 • 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

  17. 现代工业测试

  18. VXI ISA、PCI PXI

  19. + USB PCMICA

  20. 32CH 2-4CH Dataphysics公司 40-1024CH

  21. 3.6 分析仪 • 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 LDS公司