5.8 数字信号分析仪的工作原理及简介

数字信号分析仪的工作原理及简介

一、噪声与平均技术

在数字信号的采集和处理过程中，都有不同程度的被噪声污染的问题，如电噪声、机械噪声等。这种噪声可能来自试验结构本身，可能来自测试仪器的电源及周围环境的影响等等。

通常采用平均技术来减小噪声的影响，一般的信号分析仪都具有多种平均处理功能。可以根据研究的目的和被分析信号的特点，选择适当的平均类型和平均次数。

1.谱的线性平均

A ( f )可代表自谱、互谱、有效值谱、频响函数、相干函数等频域函数，i 为被分析记录的序号，n d 为平均次数。

对于平稳随机过程的测量分析，增加平均次数可减小相对标准偏差。

)

()(f n n f n A d

i i

d A n

ΔΔ∑==

1

1这是一种最基本的平均类型。

n=0,1,…N-1

2.时间记录的线性平均

时间记录的线性平均也称为时域平均。

)

(1

)(1

t k x n t k x n d

i i d ΔΔ∑=

=n d 为平均次数，对于n d 个时间记录的数据，按相同的序号样点进行线性平均。 k=0,1,…N—1

然后对平均后的时间序列再做FFT 和其它处理,时域平均应有一个同步触发信号。 随机过程的测量，不能采用时域平均。

转轴振动信号的同步触发时域平均

u(t)—键相同步触发信号；x(t)—转轴（或轴承）振动信号；T—平均周期

冲击瞬态过程的自信号同步触发时域平均

二、数字信号分析仪的一般原理和功能

整个过程是通过数字运算来完成频谱分析的过程称为数字信号分析。

数字信号分

析的基本过

程如图所示

抗混滤波在输入信号进行数模转换前先由一个模拟式低通滤波器进行抗混滤波。然后再进行采样数据处理。

信号x (t )和y (t )分别从两个通道（CHA 和CHB ）输入，经过上面讨论过的时域处理（抗混滤波、A/D 和加窗等）和FFT 分析后，通过平均技术处理，求得两个信号的自谱和互谱，再通过其它运算处理，求得信号的自相关函数、互相关函数、频响函数，相干函数，冲激响应函数和倒频谱等等。

典型双通道信号分析

的信号流程图

三、数字式信号分析仪的特点及类型

数字分析系统的主要部分是一个数字计算机，能用软件程序（虚拟仪器）实现各种计算功能。

特点：

(1)运算功能多。

正反傅里叶变换、自相关函数、互相关函数、自谱密度函数、互谱密函数、概率密度与概率分布函数分析，多种加权窗函数、多种平均方式、以及频率响应函数、相干函数和数字滤波等。此外还可以作冲击谱、模态分析和功率谱场、振幅频次统计、细化FFT分析，图象显示有平面和立体的各种表示方法。

(2)运算速度快，实时分析能力强。

(3)分辨能力高。

目前最高的频率分辨率可达到几十微赫兹，这对于振动模态分析中密集频率的分离，故障诊断中密集边频的分析都是十分重要的。

(4)小信号、高分析频率范围。

现代的数字式分析仪的电压灵敏度都在毫伏级，有些甚至到微伏级，而

。

能够分析的最大频率已突破声频，接近100kH

z

（5）分析精度高，数字精度可达十进制5位。

（6）操作简便，显示直观，复制与存储、扩展与处理等方便可靠。（7）小型仪器化。

（8）结构模块化、产品系统化。

数字式分析仪的几种类型：

（1）以通用数字计算机为中心的综合分析系统。

（2）以FFT硬件为中心的分析仪。

（3）软件与硬件相结合的数字式分析仪。

数字式信号分析仪器

这一节主要掌握的知识点：

1、了解数字信号分析仪的工作原理

2、掌握消除噪声的平均技术

3、了解数字信号分析仪的功能