测试信号实验指导书

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1、测试信号处理实验指导书机械工程学院实验中心85前言现代科技的发展，使得改革传统教学方式迫在眉睫！通过增加实验和培训课程，重点培养学生的创造能力和实际操作能力是教学改革的重要内容之一。作为教学改革新浪潮中的一名成员，蓝津信息凭借自己多年来在远程教育、网络化测控、自动控制和机电一体化等领域进行科研和教学实践所取得的丰硕成果，结合国内外多家名校的成功技术及经验，始终致力于开放式实验教学设备的研究与开发工作，并取得了骄人的成绩。针对教育部提出的进一步提高高等学校实验室建设和管理水平，推进实验教学改革，保证教学质量的思想，蓝津信息最新推出面向高校

2、的DRLab(DynamicReconfigurableLab)创新实验室系统，DRLab系统包括：自主研发的DRVI可重组虚拟仪器平台、DRLink可重组计算机控制平台、DRScene机电设备运动控制仿真平台、各种传感器及实验设备，提供从实验对象、信号获取、信号调理、数据分析及处理的一整套网络化创新实验室解决方案，可广泛适用于机械、自动控制、控制工程、机电一体化、电机等专业，使学校能根据应用需求快速组建一个高水平的实验室，提升学科的建设水平。85目录实验一典型信号频谱分析3实验二典型信号相关分析10实验三数字滤波分析15实验四周期信号

3、波形的合成和分解19实验五窗函数及其对信号频谱的影响25实验六加速度传感器振动测量实验31实验七速度传感器振动测量实验36实验八光电传感器转速测量实验41实验九电涡流传感器轴心轨迹测量实验48实验十磁电传感器转速测量实验53实验十一声传感器噪声测量59实验十二力传感器标定及称重实验65实验十三电涡流开关铁磁性物体检测实验69实验十四红外传感器产品计数实验74实验十五红外对射传感器传输速度测量实验78实验十六色差传感器物体表面颜色识别实验8285实验一典型信号频谱分析一.实验目的1.在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特

4、征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。2.了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。二.实验原理1.典型信号及其频谱分析的作用正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。本次实验利用DRVI快速可重组虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分析。2.频谱分析的方法及设备信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。对信号

5、作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时—频关系转换分析。傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅值。信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域

6、信号x(t)的傅氏变换为：式中X(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f为频率。3.周期信号的频谱分析周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件：x(t)=x(t+nT)从数学分析已知，任何周期函数在满足狄利克利（Dirichlet）条件下，可以展开成正交函数线性组合的无穷级数，如正交函数集是三角函数集（sinnω0t,cosnω0t）或复指数函数集（），则可展开成为傅里叶级数，通常有实数形式表达式：直流分量幅值为：各余弦分量幅值为：85各正弦分量幅值为：利用三角函数的和差化积公式，周期信号的三角函数展开式还可写如下

7、形式：直流分量幅值为：A0=a0各频率分量幅值为：各频率分量的相位为：式中，T—周期，T=2π/ω0；ω0—基波圆频率；f0—基波频率；n=0,±1,……。为信号的傅立叶系数，表示信号在频率fn处的成分大小。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以fn为横坐标，为纵坐标画图，则称为时频－虚频谱图；以fn为横坐标，为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱；以fn为横坐标，An2为纵坐标画图，则称为功率谱，如图1.1所示。图1.1周期信号的频谱表示方法频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅

8、值大小及初始相位，从而揭示了信号的频率信息。4.非周期信号的频谱分析非周期信号是在时间上不会重复出现的信号，一般为时域有限信号，具有收敛可积条件，其能量为有限值。这种信号的频域分析手段是傅立叶变换。其表达式