第十一章 信号分析设备.ppt

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1、第十一章信号分析设备●信号分析设备——识别测试信号中持性参数的设备。●种类1）按用途分作专项分析用的计数器、频谱分析仪、相关分析仪、概率密度分析仪，传递函数分析仪等，作多项综合分析用的信号处理机和数字信号处理系统。2）按原理和结构有模拟式、数字式和模、数混合式.第一节频谱分析仪一、频谱分析仪的工作原理▲实现时-频转换的方法是唯一的吗？不是！●本章内容介绍频谱分析仪和数字信号处理系统的工作原理、结构和用途；进一步说明信号分析理论在工程实际中的具体实现方法及典型应用情况.答：不是！对一种信号可采用不同的数学处理变换方法来实现时-频转换，因此频谱分析仪的工作原理、

2、结构有多种不同的形式。①由自相关函数经傅里叶变换得到【例】时域信号功率谱密度函数②用周期图法求得③用模拟分析方法近似求得单边功率谱密度函数定义为自相关函数Rx(τ)的傅里叶变换的两倍，即1、由自相关函数经傅里叶变换得到根据式（6－79），随机信号序列x(n)的功率谱密度函数为2、用周期图法求得3、用模拟分析方法近似求得设样本记录x(t)，通过中心频率为f，带宽为Be的滤波器后，输出为x(t,f,Be)。当T为平均时间时，有：则用以上三种方法求取的功率谱密度函数，若x(t)为无限长的样本记录，则结果等价。在有限的样本记录情况下，若等效带宽Be相同，则结果是可比

3、的。基础：用适当的模拟式滤波器选出所需的频率分量。▲数字式频谱分析仪——是以数字滤波器或FFT为基础。模拟式频谱分桥仪——是以模拟滤波器为基础的。二、模拟式频谱分析仪▲如何改变中心频率？1、顺序滤波法对于上述第一、二种变换可用数字式频谱分析仪，通过FFT来实现。第三种变换多用模拟式频谱分析仪来实现。可见，实现时-频转换的数字处理变换方法，决定了频谱分析仪的工作原理。数字式频谱分析仪的分辨力在超低频段可达到mHz级，高频段为几十赫，比模拟式的分辨力高。选出某一频率的交流信号经检波器进行平方、平均和除法运算正比于该频率分量幅度的直流信号中心频率可调/可变●原理：

4、一组滤波器的中心频率都是固定的，并依次增大；滤波器的输出信号通过开关K顺序地接入检波器，然后经输出放大器送至显示器。通常将这一组滤波器的中心频率采用1/3倍频程中心频率。因此整个音频段(20Hz～20000Hz)需要30个1/3倍频程滤波器。各滤波器的B/f0=(1.26f1-f1)/(1.26f12)1/2≈0.23。这种频谱分析仪的分析频率可以设计为对数制度的。●示波管显示若用示波管作显示器，放大器的输出信号应加到示波管的垂直偏转板上，而示波管的水平偏转板应加上与开关K同步的阶梯波电压。此时示波管屏幕上显示的频谱图如图。●特点因开关K在滤波器之后，故换接

5、速度不受滤波器的过渡持性的限制。由于各滤波器是依次接到显示器，故不能进行实时频谱分析。●补充知识倍频程——频率比为2n的两个频率之间的频段称为n个倍频程,n=1为1倍频程，如频率从2Hz到4Hz称1倍频程；n=3为3倍频程如频率从2Hz到16Hz称3个倍频程；n=1/3为1/3倍频程，此时，f2/f1=21/3≈1.26，f1和f2分别为频段的下限和上限频率。【例】频段1：中心频率f0=20Hz,由(f1f2)1/2=f0，f2/f1=1.26，得f1≈17.82Hz，f2≈22.45频段2：f1≈22.45Hz，由f2/f1=1.26，得f2≈28.29H

6、z，f0=25.2Hz。频段3：f1≈28.29Hz，由f2/f1=1.26，得f2≈35.63Hz，f0=31.75Hz。依此类推，可得各频段中心频率和上下限频率。整个声波波段f2≈1.2630f1≈1026f1.原理：中心频率在一定额率范围内扫描。图中利用锯齿波电压调制中心频率，使其沿频率轴扫描。特点：非实时滤波法。受中心频率调节范围限制，只适用于窄带频谱分析，且调节速度不能过快，以免滤波器过渡特性对分析结果产生严重影响。什么是外差法？原理：通过逻辑电路和电子开关高速地、依次地、反复地将各个通道和显示器瞬时接通，显示出每一个通道的输出量。特点：能进行实时

7、频谱分析，但不适于窄带分析，因需要的滤波器数量太多。2、并行滤波法3、扫描滤波法4、外差法已知信号频率输入信号频率▲外差法：由fe，fx获得频率为fe±fx的两个信号的方法外差式频谱仪原理：1）输入信号与频率为fe的本机振荡信号在混频器中进行差频，只有当差频信号的频率落入中频放大器的带宽内时，即fe-fx=fi(fi是中频放大器的中心频率)，中频放大器才有输出，且输出信号的大小正比于频率为fx的输入信号的幅度。2）若连续调节fe，则输入信号中的各个频率分量将依次落人中频放大器的带宽内。3）中频放大器的输出信号经检波、放大后加至显示器的垂直信道。调节本机振荡频

8、率的扫描信号同时加到显示器的水平信道。这样，在显示器