信號(hào)分析實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>⒈掌握信號(hào)的時(shí)域和頻域的描述方法，建立明確的信號(hào)的頻譜概念；
⒉掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法，了解功率譜分析原理及其應(yīng)用；
⒊熟悉虛擬信號(hào)分析儀器庫(kù)的使用。
二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備
⒈微型計(jì)算機(jī)及虛擬信號(hào)分析儀器庫(kù)；
⒉信號(hào)發(fā)生器或激振信號(hào)源；
⒊虛擬測(cè)試振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)裝置。
三、實(shí)驗(yàn)原理
（一）、信號(hào)的分類(lèi)：

（二）、信號(hào)的時(shí)域分析：
信號(hào)以t 為自變量，以其瞬時(shí)取值x(t)為因變量進(jìn)行描述與分析，稱(chēng)時(shí)域
分析。
1、時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析

概率分布函數(shù)是瞬時(shí)值x(t)小于或等于某值Ｘ的概率,又稱(chēng)累積概率。
表示Ｘ落在某一區(qū)間的概率。
２．直方圖分析：
概率直方圖：以幅值大小為橫坐標(biāo)，以幅值的概率為縱坐標(biāo)來(lái)表示。
３．時(shí)域相關(guān)分析
相關(guān)函數(shù)描述了兩個(gè)信號(hào)之間的關(guān)系或其相似程度，（即互相關(guān)函數(shù)），也可
以描述同一信號(hào)的現(xiàn)在與過(guò)去值的關(guān)系（自相關(guān)）。
⑴自相關(guān)函數(shù)
x(t)為某各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程的一個(gè)記錄樣本，自相關(guān)函數(shù)Rx(t )是描述信

(三)信號(hào)的頻域分析
頻域分析——在頻率域中對(duì)信號(hào)的分析，即以頻率為橫坐標(biāo)的分析。
頻譜分析——以頻率為橫坐標(biāo)對(duì)信號(hào)的幅值和相位進(jìn)行分析；包括幅值譜和相位譜。

①幅值譜：
a:周期信號(hào)的頻譜：（I）離散性；（II）諧波性；（III）收斂性
b:非周期信號(hào)的頻譜——連續(xù)頻譜
②功率譜分析

特點(diǎn)：①互譜分析不僅含有幅頻特性而且含有相頻特性
②互譜分析可排除噪聲的影響。
四．實(shí)驗(yàn)方法

（一） 信號(hào)的時(shí)域分析：
1． 實(shí)驗(yàn)步驟：
a:開(kāi)啟微型計(jì)算機(jī)中的虛擬儀器庫(kù)；
b:將多功能信號(hào)發(fā)生器的正弦信號(hào)輸出電壓為1V，接入微型計(jì)算機(jī)中的虛
擬儀器庫(kù)，如圖所示；

c:在虛擬儀器庫(kù)的波型顯示器中觀察其波形，選擇好采樣頻率、幅值，示波類(lèi)
型為單通道，按下“記錄”按鈕，將所需的信號(hào)記錄存盤(pán)供以后分析調(diào)用；
d:按下左下角的“單”按鈕，進(jìn)入單通道FFT 分析儀，在單通道FFT 分析儀
中，按下左下角的“離線”，按提示將上步所存的資料調(diào)出，進(jìn)行時(shí)域分析：將
鼠標(biāo)移到“1”號(hào)旋鈕（時(shí)域和頻域），按左鍵到1-1位置，顯示時(shí)域波形，按右
鍵指針指向1-2 位置顯示信號(hào)的特征表（包括最大值、最小值、峰峰值、均值、
方差、有效值），指針在1-3 位置顯示概率直方圖，指針在1-4 位置顯示信號(hào)的
概率分布函數(shù)，將以上資料及圖形記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)上；
e:改變信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)，重復(fù)C，D 步驟，分別做方波、三角波、正
弦+隨機(jī)信號(hào)、窄帶隨機(jī)信號(hào)、寬帶隨機(jī)信號(hào)、矩形窗信號(hào)的時(shí)域分析，記錄資
料及圖形；（因時(shí)間關(guān)系，可選做其中一至二個(gè)）
f:將鼠標(biāo)移到“2”號(hào)旋鈕（細(xì)化和相關(guān)），按左鍵到2-7位置觀察表1 中各
信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，并記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)上。
g:利用振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)裝置做互相關(guān)實(shí)驗(yàn)；
① 激振信號(hào)源輸出接電動(dòng)式激振器，用激振器對(duì)簡(jiǎn)支梁激振；
② 將激振信號(hào)源輸出接入虛擬式FFT雙通道分析儀1 通道，速度傳感器輸出速
度信號(hào)經(jīng)測(cè)振儀接入雙通道FFT 分析儀的2 通道，虛擬儀器進(jìn)入雙通道分析儀，如圖所示；

③ 調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率，使簡(jiǎn)支梁振幅達(dá)到最大，按下屏幕左上方的“在線”
按鈕，選擇好采樣頻率，通道，采樣長(zhǎng)度后，按“確認(rèn)”鍵，記錄信號(hào)源及簡(jiǎn)支梁振動(dòng)的時(shí)域波形。
④ 分別按下“相關(guān)分析”中的A 自相關(guān)、B 自相關(guān)、互相關(guān)，觀察信號(hào)源、
簡(jiǎn)支梁的自相關(guān)函數(shù)，分析信號(hào)源與簡(jiǎn)支梁的互相關(guān)函數(shù)的特點(diǎn)；
⑤ 用小錘快速輕敲簡(jiǎn)支梁，使它作為一個(gè)干擾信號(hào)作用于簡(jiǎn)支梁上，重新
“在線”采集，記錄信號(hào)源及簡(jiǎn)支梁振動(dòng)的時(shí)域波形；
⑥ 重復(fù)第④步，觀察信號(hào)源、簡(jiǎn)支梁的自相關(guān)函數(shù)以及它們的互相關(guān)函數(shù)
圖形，并以無(wú)干擾時(shí)的對(duì)比，記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)上。
（二） 信號(hào)的頻域分析
1、進(jìn)入單通道FFT 分析儀，按“離線”按鈕調(diào)出時(shí)域分析時(shí)所存信號(hào)，分
別對(duì)正弦信號(hào)、方波、三角波、隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行幅值譜、功率譜分析?！?-5”顯示
功率譜，“1-6”顯示幅值譜。觀察周期信號(hào)頻譜的離散性、諧波性、收斂性的特
點(diǎn)。觀察非周期信號(hào)頻譜的特點(diǎn)。記錄到實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)上。
2、進(jìn)入雙通道FFT 分析儀，按“離線”按鈕，調(diào)出時(shí)域分析時(shí)的互相關(guān)實(shí)
驗(yàn)中的所存信號(hào)，分別對(duì)無(wú)干擾時(shí)、有干擾時(shí)的信號(hào)源與簡(jiǎn)支梁進(jìn)行互譜分析。
3、按下“互譜分析”中的輸入自譜、響應(yīng)自譜及互譜實(shí)部、互譜虛部，觀
察并分析互功率譜的性質(zhì)。
4、進(jìn)一步對(duì)“互相關(guān)”、“互功率譜”分析的認(rèn)識(shí)。進(jìn)入雙通道分析儀，分
別調(diào)出機(jī)內(nèi)已存信號(hào)SN791（同頻周期信號(hào)）、SN792（不同頻周期信號(hào)）SN794
（方波與其基波和2次諧波組成的圖形）、SN82（方波與其3 次諧波），觀察信號(hào)
的互相關(guān)、輸入自譜、響應(yīng)自譜、互譜實(shí)部、互譜虛部?？偨Y(jié)互相關(guān)分析、功率譜分析的特點(diǎn)。