第6讲数字信号处理与动态信号分析仪.pptVIP

第3章数字信号处理与动态信号分析仪 §3-5 数字信号处理 1. 数字信号处理 是研究用数字的序列来表示信号的波形，并利用计算机或专用信号处理设备，以数值计算的方法对信号作采集、变换、综合、估值与识别等处理。 序列：时域离散信号。 数字信号两大支柱：FFT算法（快速傅里叶变换）、信号谱估计和预测理论。 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 典型双通道信号分析仪组成 §3-5 数字信号处理 §3-5-1 离散傅里叶变换（DFT） 对于一个非周期的连续时间信号x(t)来说，它的傅里叶变换应该是一个连续的频谱X(f )，其运算公式 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 离散傅里叶变换意义：可以对任意连续的时域信号进行采样和截断并对其作离散傅里叶变换的运算，得到离散的频谱，该频谱的包络即是对原连续信号真正频谱的估计。 离散傅里叶变换的过程： 时域采样； 时域截断； 频域采样。 §3-5-3 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。 混叠（aliasing）：若采样率过低即采样间隔大，则系列的离散时间序列可能不能真正反映原始信号的波形特征，在频域处理时会出现频率混淆现象。 混叠分析 采样定理：为避免混叠产生，要求的采样频率fs必须高于信号频率成分中最高频率fmax的两倍，即 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，量程范围有，±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。 §3-5-4 泄漏与加窗处理 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。 §3-5-5 栅栏效应 频率分辨率?f ：两条谱线间的距离。 当被分析的时域信号长度T（即窗宽T=NTs）和采样频率fs被确定之后，则频率分辨?f 也被确定： 例：对余弦信号cos2?f0t 作DFT。 对周期信号作整周期截取是获取正确频谱的先决条件。 §3-5-6 滤波 滤波类型与滤波选择原则 §3-5-7 快速傅里叶变换（FFT）（自学） 离散傅里叶变换的计算公式为： §3-5-8 数字信号处理一般步骤 §3-5-9 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） –PCMCIA，便携式电脑接口（卡类） –VXI，仪器总线接口（卡类） –PXI，仪器总线接口，NI公司（卡类） –USB，通用串行总线，可以连接127个设备 –Ethernet，网卡接口 §3-5-9 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、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 ①取N=2m（m是大于1的整数），这是计算机在数据处理时所要求的(主要是为了便于计算机的运算)。为此，可将原始数据截去一段或增加一些零值，使数据序列长度为N=2m 。 ②采用良好的窗函数（主叶窄而高，旁瓣振荡较小）对原始数据序列进行修正，既能减少泄漏效应又可平滑波形的随机起伏。 ③用FFT法计算数据序列的离散傅里叶变换[即应用式（2-52）进行运算]。 ④用式（2-51）计算其功率谱。 ⑤由于采用了窗函数对原始数据进行了修正，因此，需要采用比例因子再修正这些功率谱的估计值。 对于连续信号x(t)，有两个参数来表征它的频率特点： ①