(完整word版)工程信号处理实验

重庆大学

学生实验报告

实验课程名称

开课实验室

学院年级专业班

学生姓名学号

开课时间至学年第学期

机械工程学院制

《工程信号处理》实验报告

学院 机械工程学院 年级、专业、班

姓名

成绩

课程 名称 工程信号处理实验 实验项目 名 称

数据采集与波形显示

指导教师

教师评语

教师签名：

年 月 日

1.1 实验目的

1、加深对A/D 转换原理及采样定理的理解；

2、掌握几种常用的采样触发方式；

3、掌握采样参数的选择方法；

4、学习信号采集程序的编制。 1.2 实验原理

1、模数转换及其控制

对模拟信号进行采集就是将模拟信号经模/数转换为数字信号，A/D 转换包括三个步骤:采样、量化、编码。

2、信号采集的参数选择

(1)采样频率：采样频率是等间隔采样间隔时间T 的倒数，采样频率f s 最小必须大于或等于信号最高频的两倍，即f s 2f c.。

(2)采样点数：进行时域分析时，采样点数尽可能多一些，采样点数越多信号越容易复原。进行频域分析时，为了快速傅里叶变换（FFT ）计算的方便，采样点数一般取2的幂数。

(3) 信号的记录长度：当f s 和采样点数N 确定之后，被分析信号的长度就相应确定了。每一段样本的长度为T=N -（1/f s ）。

(4) 触发方式选择：触发方式是启动A/D 开始采样信号。有手动触发、信号电平触发、预触发、外触发这几种触发方式。 1.3 实验装置

信号发生器；测试传感器与预处理器；数据采集器；数据采集与波形显示软件；计算机 1.4 实验步骤

1、按图1.1所示连接仪器

图1.1 数据采集实验装置

2、下面的操作以虚拟式波形显示与数据记录仪为例来说明。

1）手动触发采集，按“示波”按钮，开始信号采集，从显示屏上可看出采集到的信号的波形。按“暂停”按钮，可停止采集；

2）电平触发采集，按“电平触发”按钮； 3）采样频率选择，旋动频率旋钮； 4）数据记录长度选择，旋动长度旋钮。

信号发生器 预处理器 传感器

数据采

集器 计算机 （数据采

集与波形

显示软件） Ch1 Ch2

1.5 实验过程原始记录(数据、图表、计算等)

实验原始记录如下图1.2~1.5所示：

图1.2 采样频率为400Hz的正弦波信号图1.3 采样频率为4000Hz的正弦信号

图1.4采样频率为400Hz的方波信号图1.5 采样频率为4000Hz的方弦信号

1.6 实验结果及分析

实验结果表明：在对信号作采样时，在满足采样定理的同时，采样频率越高，采样得到的信号越好。采样频率过低造成频混，过高则所采得的信号记录长度就短，影响信号的完整性，所以在选取f s时要选取适中的采样频率。但是一些信号处理设备作频域分析时采样点数为固定值，这时提高f s，就会使分析频带宽度值加，从而频率分辨率变差。采样定理即：采样频率f s最小必须大于或等于信号中最高频率f c的2倍，即f s≥2f c。而在实际分析中，一般取f s=(5~10)f c。

1.7 思考题

1、对瞬变信号采用什么采样触发方式采集比较合适？

答：由于电平触发的方式中触发电平大小可设置，利用了电平本身的变化来触发，因此采集瞬变信号应采用电平触发的方式。

2、做数据记录时，记录所花的时间与哪些参数有关？

答：数据记录所花的时间T=N*∆,而∆与采样频率有关，因此记录时间与采样点数、采样频率有关。采样频率是等间隔采样时间Ts的倒数，是一个表示采样快慢的物理量。一个信号采集系统，采样频率一般在0Hz至几十kHz的范围内，其最高频率受到系统内A/D转换器的限制。进行时域分析时，采样点数尽可能多一些，采样点数越多信号越容易复原。但为了快速傅里叶变换计算的方便，采样点数一般取2的幂数。当f s和采样点数N确定之后，被分析信号的就由公式确定了。

《工程信号处理》实验报告

2.1 实验目的

1、学习信号的时域波形分析，数据统计特征值的计算方法；

2、了解信号的概率密度函数及其应用；

3、了解信号的相关函数的性质及其应用。 2.2 实验原理

1、均值 (Mean)：表示集合平均值或数学期望，用x μ表示。

2、均方值(Mean Square)：信号x(t)的均方值E[x 2(t)]，或称为平均功率2x ψ。

3、方差(Variance)：描述信号的波动量，用2x σ表示。

4、概率密度函数

信号的概率密度函数是表示信号幅值落在指定区域的概率。 5、实能量信号的相关函数定义如下： 互相关函数：⎰

⎰

∞∞-∞∞

-+=-=dt t y t x dt t y t x R xy )()()()()(τττ 自相关函数：⎰

⎰

∞

∞

-∞∞

-+=-=dt t x t x dt t x t x R x )()()()()(τττ

2.3 实验装置

图2.1 实验装置原理图

2.4 实验方法

1．在线法：对现场实际输入信号（例如：信号发生器产生的正弦、方波、三角波等周期信号

或随机信号）进行采集，经数据采集后用虚拟式FFT 分析仪或其它现行的FFT 分析仪分别完成这些信号的特征值表、概率密度、相关函数等实验内容。

2．离线法：直接调用虚拟式FFT 分析仪提供的信号数据库中的相应信号，并用虚拟式FFT 分析仪完成相应信号的特征值表、概率密度、相关函数等实验内容。 2.5 实验步骤

按图2.2连接实验设备

图2.2 实验装置原理图

2.6 实验过程原始记录(数据、图表、计算等)

实验原始记录如下所示：

图2.3 正弦波信号的时域波形 图2.4 正弦波的概率分布函数

图2.5 正弦波信号特征值表 图2.6 正弦波信号的自相关函数

图2.7 随机信号的时域波形 图2.8 随机信号概率分布函数

信号发生器

信号发生器

数据采集器

计算机 （虚拟式FFT 分析软件）

Ch1

Ch2