工程信号处理实验指导书new

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1、工程信号处理实验指导书实验内容1、数据采集与波形显示2、时域、幅值域及时差幅分析3、频谱分析4、传递相干分析5、小波分析1、数据采集与波形显示1.1实验目的1．加深对A/D转换原理及采样定理的理解；2．掌握几种常用的采样触发方式；3．掌握采样参数的选择方法；4．学习信号采集程序的编制。1.2实验原理1）模数转换及其控制对模拟信号进行采集，就是将模拟信号转换为数字信号，即模/数（A/D）转换，然后送入计算机或专用设备进行处理。模数转换包括三个步骤：（1）采样，（2）量化，（3）编码。采样，是对已知的模拟信号按一定的间隔抽

2、出一个样本数据。若间隔为一定时间T，则称这种采样为等时间间隔采样。除特别注明外，一般都采用等时间间隔采样。量化，是一种用有限字长的数字量逼近模拟量的过程。编码，是将已经量化的数字量变为二进制数码，因为数字处理器只能接受有限长的二进制数。模拟信号经过这三步转换后，变成了时间上离散、幅值上量化的数字信号。A/D转换器是完成这三个步骤的主要器件。在信号采集系统中，A/D转换器与计算机联合使用完成模数转换。用计算机的时钟或用软件产生等间隔采样脉冲控制A/D转换器采样。A/D转换器通过内部电路进行量化与编码，输出有限长的二进制代

3、码。信号采集系统中，通常由以A/D转换器为核心的接口电路及控制软件，进行信号采集控制。2）信号采集的参数选择（1）采样频率采样频率是等间隔采样间隔时间T的倒数。工程测试中，习惯用它来表示采样时间间隔。并取1、2、5数列的数来作为采样频率，如：100、200、500、1000、2000Hz等。一个信号采集系统，采样频率一般在0Hz至几十kHz的范围内，其最高频率受到系统内A/D转换器的限制。信号采集时采样频率的选择，要根据信号特点、分析的要求、所用的设备等诸方面的条件来定。若对信号作时域分析，则采样频率越高，信号的复原性

4、越好。可取采样频率fs为信号中最高频率fc的10倍。值得注意的是，信号处理设备中的数据容量是有一定限制的，采样频率高，所采得的信号记录长度就短，会影响信号的完整性。所以在选取fs时要与采样长度相互兼顾。对信号作频域分析时，为了避免混叠，采样频率fs最小必须大于或等于信号中最高频率fc的2倍，即fs≥2fc，这就是采样定理。在实际分析中，一般取fs=(5~10)fc。同样值得注意的是，有些信号处理设备作频域分析时采样点数为固定值，这时提高fs，就会使分析频带宽度值加，从而频率分辨率变差。若只对信号中某些频率成分感兴趣，可

5、以采用抗频混滤波器来降低采样频率。对于选择性好的滤波器，采样频率可依滤波器截止频率的2~3倍来考虑。（2）采样点数进行时域分析时，采样点数尽可能多一些，采样点数越多信号越容易复原。进行频域分析时，为了快速傅里叶变换（FFT）计算的方便，采样点数一般取2的幂数，如512、1024、2048、4096等。有许多信号处理设备固定取为1024点。(3)信号的记录长度当fs和采样点数N确定之后，被分析信号的长度就相应确定了。每一段样本的长度为T=N-（1/fs）。(4)触发方式选择触发信号是启动A/D开始采样的信号。触发方式选择

6、即选择不同形式的触发信号。手动触发。它是用手动方式发出采样命令后即开始对信号采样，一般是发出采样命令。后开始采样这种方式适用于采集平稳信号。信号电平触发。它是利用被采集信号本身电平的变化来触发。触发电平的大小可以设置。当信号电压低于触发电平时采样系统不采样，当信号达到触发电平便采样。这对采集脉冲信号有利。预触发。信号电平触发只能采集到触发以后的信号，对于脉冲信号采集不到信号前沿。预触发能在触发电平到来之前开始触发，至于“前”到什么时候，可以事先设置。外触发。用采集系统以外的信号，直接启动A/D转换芯片。1.3实验装置1

7、）信号发生器2）测试传感器与预处理器3）数据采集器4）数据采集与波形显示软件5）计算机1.4实验步骤1）按图1-1连接仪器Ch1信号发生器计算机数据采（数据采集器集与波形传感器预处理器Ch2显示软件）图1-1数据采集实验装置2）下面的操作以虚拟式波形显示与数据记录仪为例来说明。（1）手动触发采集，按“示波”按钮，开始信号采集，从显示屏上可看出采集到的信号的波形。按“暂停”按钮，可停止采集。（2）电平触发采集，按“电平触发”按钮。（3）采样频率选择，旋动频率旋钮。（4）数据记录长度选择，旋动长度旋钮。1.5实验数据处理1

8、．整理不同采样方式，不同采样参数下所得到的波形图。2．说明输入信号相同时，采用不同采样频率得到的波形图的差异及原因。1.6思考题1．对瞬变信号采用什么采样触发方式采集比较合适？2．做数据记录时，记录所花的时间与哪些参数有关？2、时域、幅值域及时差域幅分析2.1实验目的1．学习信号的时域波形分析，数据统计特征值的计算方法。2．了解信