信号分析实验

信号分析实验
一、实验目的
⒈掌握信号的时域和频域的描述方法，建立明确的信号的频谱概念；
⒉掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法，了解功率谱分析原理及其应用；
⒊熟悉虚拟信号分析仪器库的使用。
二、实验仪器及设备
⒈微型计算机及虚拟信号分析仪器库；
⒉信号发生器或激振信号源；
⒊虚拟测试振动与控制实验装置。
三、实验原理
（一）、信号的分类：

（二）、信号的时域分析：
信号以t 为自变量，以其瞬时取值x(t)为因变量进行描述与分析，称时域
分析。
1、时域统计分析

概率分布函数是瞬时值x(t)小于或等于某值Ｘ的概率,又称累积概率。
表示Ｘ落在某一区间的概率。
２．直方图分析：
概率直方图：以幅值大小为横坐标，以幅值的概率为纵坐标来表示。
３．时域相关分析
相关函数描述了两个信号之间的关系或其相似程度，（即互相关函数），也可
以描述同一信号的现在与过去值的关系（自相关）。
⑴自相关函数
x(t)为某各态历经随机过程的一个记录样本，自相关函数Rx(t )是描述信

(三)信号的频域分析
频域分析——在频率域中对信号的分析，即以频率为横坐标的分析。
频谱分析——以频率为横坐标对信号的幅值和相位进行分析；包括幅值谱和相位谱。

①幅值谱：
a:周期信号的频谱：（I）离散性；（II）谐波性；（III）收敛性
b:非周期信号的频谱——连续频谱
②功率谱分析

特点：①互谱分析不仅含有幅频特性而且含有相频特性
②互谱分析可排除噪声的影响。
四．实验方法

（一） 信号的时域分析：
1． 实验步骤：
a:开启微型计算机中的虚拟仪器库；
b:将多功能信号发生器的正弦信号输出电压为1V，接入微型计算机中的虚
拟仪器库，如图所示；

c:在虚拟仪器库的波型显示器中观察其波形，选择好采样频率、幅值，示波类
型为单通道，按下“记录”按钮，将所需的信号记录存盘供以后分析调用；
d:按下左下角的“单”按钮，进入单通道FFT 分析仪，在单通道FFT 分析仪
中，按下左下角的“离线”，按提示将上步所存的资料调出，进行时域分析：将
鼠标移到“1”号旋钮（时域和频域），按左键到1-1位置，显示时域波形，按右
键指针指向1-2 位置显示信号的特征表（包括最大值、最小值、峰峰值、均值、
方差、有效值），指针在1-3 位置显示概率直方图，指针在1-4 位置显示信号的
概率分布函数，将以上资料及图形记录到实验报告书上；
e:改变信号发生器发出的信号，重复C，D 步骤，分别做方波、三角波、正
弦+随机信号、窄带随机信号、宽带随机信号、矩形窗信号的时域分析，记录资
料及图形；（因时间关系，可选做其中一至二个）
f:将鼠标移到“2”号旋钮（细化和相关），按左键到2-7位置观察表1 中各
信号的自相关函数，并记录到实验报告书上。
g:利用振动与控制实验装置做互相关实验；
① 激振信号源输出接电动式激振器，用激振器对简支梁激振；
② 将激振信号源输出接入虚拟式FFT双通道分析仪1 通道，速度传感器输出速
度信号经测振仪接入双通道FFT 分析仪的2 通道，虚拟仪器进入双通道分析仪，如图所示；

③ 调节信号源频率，使简支梁振幅达到最大，按下屏幕左上方的“在线”
按钮，选择好采样频率，通道，采样长度后，按“确认”键，记录信号源及简支梁振动的时域波形。
④ 分别按下“相关分析”中的A 自相关、B 自相关、互相关，观察信号源、
简支梁的自相关函数，分析信号源与简支梁的互相关函数的特点；
⑤ 用小锤快速轻敲简支梁，使它作为一个干扰信号作用于简支梁上，重新
“在线”采集，记录信号源及简支梁振动的时域波形；
⑥ 重复第④步，观察信号源、简支梁的自相关函数以及它们的互相关函数
图形，并以无干扰时的对比，记录到实验报告书上。
（二） 信号的频域分析
1、进入单通道FFT 分析仪，按“离线”按钮调出时域分析时所存信号，分
别对正弦信号、方波、三角波、随机信号进行幅值谱、功率谱分析。“1-5”显示
功率谱，“1-6”显示幅值谱。观察周期信号频谱的离散性、谐波性、收敛性的特
点。观察非周期信号频谱的特点。记录到实验报告书上。
2、进入双通道FFT 分析仪，按“离线”按钮，调出时域分析时的互相关实
验中的所存信号，分别对无干扰时、有干扰时的信号源与简支梁进行互谱分析。
3、按下“互谱分析”中的输入自谱、响应自谱及互谱实部、互谱虚部，观
察并分析互功率谱的性质。
4、进一步对“互相关”、“互功率谱”分析的认识。进入双通道分析仪，分
别调出机内已存信号SN791（同频周期信号）、SN792（不同频周期信号）SN794
（方波与其基波和2次谐波组成的图形）、SN82（方波与其3 次谐波），观察信号
的互相关、输入自谱、响应自谱、互谱实部、互谱虚部。总结互相关分析、功率谱分析的特点。