测试系统中信号分析
机械测试技术与信号分析简答题及答案
一、问答题(每题8分，共40分)1．在系统特性测量中常用白噪声信号作为输入信号，然后测量系统的输出，并将输出信号的频谱作为系统频率特性。
请用卷积分定理解释这样做的道理。
答：白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声。
在其频谱上是一条直线。
系统频率特性：传递函数的一种特殊情况，是定义在复平面虚轴上的传递函数。
时域卷积分定理：两个时间函数的卷积的频谱等于各个时间函数的乘积，即在时域中两信号的卷积等效于在频域中频谱相乘。
频域卷积分定理：两个时间函数的频谱的卷积等效于时域中两个时间函数的乘积。
y(t)=h(t)*x(t),对y(t)作付式变换，转到相应的频域下Y(f)=H(f)X(f)，由于x(t)是白噪声，付式变换转到频域下为一定值，假定X(f)=1，则有Y(f)=H(f)，此时就是传递函数。
2．用1000Hz的采样频率对200Hz的正弦信号和周期三角波信号进行采样，请问两个信号采样后是否产生混叠？为什么？3．什么是能量泄露和栅栏效应？能量泄漏与栅栏效应之间有何关系？能量泄漏：将截断信号的谱XT(ω)与原始信号的谱X（ω）相比较可知，它已不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱．这表明原来的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为频谱能量泄漏（Leakage）。
栅栏效应：对采样信号的频谱,为提高计算效率,通常采用FFT算法进行计算,设数据点数为N = T/dt = T.fs则计算得到的离散频率点为Xs(fi) , fi = i.fs/N , i = 0,1,2,…,N/2。
这就相当于透过栅栏观赏风景,只能看到频谱的一部分,而其它频率点看不见,因此很可能使一部分有用的频率成分被漏掉,此种现象被称为栅栏效应。
频谱的离散取样造成了栅栏效应，谱峰越尖锐，产生误差的可能性就越大。
例如，余弦信号的频谱为线谱。
工程测试技术 第2章 信号分析基础-3
第二章、信号分析基础
Page 2 华中科技大学机械学院
2.5 信号的频域分析
信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为 频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特 征。
傅里叶 变换
8563A
SPECTRUM ANALYZER 9 kHz - 26.5 GHz
第二章、信号分析基础
2.5 信号的频域分析
频域分析
Page 25 华中科技大学机械学院
吉布斯现象(Gibbs)
• 吉布斯现象是由于展开式在间断点邻域不能均匀收敛 引起的。
• 例：方波信号
x(t)
T
T
t
2.5 信号的频域分析
频域分析
Page 26 华中科技大学机械学院
N=1
2.5 信号的频域分析
Page 27 华中科技大学机械学院
用线性叠加定理简化
X1(f)
+Page 38 华中科技大学机械学院
5、频谱分析的应用
频谱分析主要用于识别信号中的周期分量，是信号分析 中最常用的一种手段。
在齿轮箱故障诊断中，可
以通过齿轮箱振动信号频谱分 析，确定最大频率分量，然后 根据机床转速和传动链，找出 故障齿轮。
2 T
T /2
T /2 x(t) sin n0tdt;
ω0―基波圆频率； f0 ―基频：f0= ω0/2π
An an2 bn2 ;
n
arctan bn an
;
2.5 信号的频域分析
傅里叶级数的复数表达形式：
x(t) Cne jn0t , (n 0,1,2,...) n
Page 9 华中科技大学机械学院
2.5 信号的频域分析
离心泵转子在线动平衡测试中的信号分析处理
第 １卷 ７
第４ 期
茂 名学 院学 报
Ｊ ＯＵＲ ＡＬ Ｏ Ｎ Ｆ ＭＡＯ ＮＧ Ｕ Ｖ Ｓ ＭＩ ＮＩ ＥＲ 兀Ｙ
Ｖ １１ Ｎ ４ ０ ．７ ｏ． Ａ ｇ２Ｏ ｕ ．Ｏ ７
２Ｏ Ｏ７年 ８ 月
离 心 泵 转 子 在 线 动 平衡 测试 中的信 号分 析 处 理
２ 信 号分析 处理
２ １ 振 动幅 值 与相位 计算 ．
利用影响系数法进行转子动平衡校正的关键是获得精确不平衡量的大小和相位 ， 从合成波形 中检测
出基频信号 ， 以确定其 幅值和相位 ， 这一工作是在线动平衡测试 的核心， 相应 的功能模块设计也是整个软
件系统设计 的核心。
设计采用相关法进行幅值和相位计算 ， 现假设有一个标准正弦波和一个余 弦波在［ ， 范围内取样 ， ０ ］
徐 岩， 宣征 南
（ 茂名 学院 机 电工程学院 ， 东 茂名 ５５ ０ ） 广 ２００
摘要 ： 信号分析处理是虚 拟仪器软件系统组成 中最 为重 要的部分 ， 也是多级离心泵转子在线 动平衡 测试 中信 号分析处 理的 核心。根据多级 离心泵转子在线动平衡 的要求 ， 虚拟仪器技术 的特点 ， 结合 对在线动平衡测 试系统 中信号分 析处理 的实现
数据 的采集 、 析 、 示 与数 据处 理 。 分 显
多级离心泵转子在线动平衡是以非接触式传感器或用接触式传感器拾取振动信号 ， 信号经动平衡仪 分析处理 ， 得到不平衡的大小和相位 ， 并在相应的校正面上施加平衡质量 ， 从而实现转子的平衡校正 ， 其关
键是不 平衡 量 的大小 和相位 的测 取 。 本设 计 将虚 拟仪 器技 术 引入 动平 衡 测试 系统 中 ， Ｌｂ ＩＷ８ １ 以 ａＶＥ ． 为操 作 平 台 ， 根据 虚 拟仪 器 组 成 特点
DH5922N动态信号测试分析系统技术参数
DH5922N动态信号测试分析系统1、概述DH5922N为通用型动态信号测试分析系统，应用范围广，可完成应力应变、振动（加速度、速度、位移）、冲击、声学、温度（各种类型热电偶、铂电阻）、压力、流量、力、扭矩、电压、电流等各种物理量的测试和分析。
2、应用范围2.1 可完成全桥、半桥、1／4桥（120Ω三线制自补偿）状态的应力应变的测试和分析；2.2 配合桥式传感器，实现各种物理量的测试和分析；2.3 配合IEPE（ICP）压电式传感器，实现振动加速度、振动速度、振动位移（模拟二次积分可选）的测试和分析；2.4 配合压电式传感器，实现振动加速度、振动速度、振动位移（模拟二次积分可选）及压力、自由场的测试和分析；2.5 电压输入，与热电偶、电涡流传感器、磁电式速度传感器及各种变送器配合，对多种物理量进行测试和分析；2.6 各种热电阻（如铂电阻、铜电阻等）温度传感器和热电阻适调器配合，对温度进行测试和分析。
3、特点3.1 实现多通道并行同步高速长时间连续采样（多通道并行工作时，256kHz/通道）；3.2 高度集成：模块化设计的硬件，每个模块有16、32或64通道机箱形式；3.3 每台计算机可控制多通道以上同步并行采样，满足多通道、高精度、高速动态信号的测量需求；3.4 每通道独立电压放大器，24位A/D转换器，低通滤波器，抗混滤波器，消除通道间串扰影响，提高系统的抗干扰能力；3.5 准确的采样速率：先进的DDS数字频率合成技术产生高精度、高稳定度的采样脉冲，保证了多通道采样速率的同步性、准确性和稳定性；3.7 数字磁带机信号记录功能：实现长时间实时、无间断记录多通道信号；3.8 进口雷莫接插件：输入接插件采用了进口高性能雷莫头，大大提高了小信号输入的可靠性，操作也十分方便；3.9 信号适调器：配套各种可程控的信号适调器，通道自动识别，输入灵敏度实现归一化数据；3.10 转速/计数器通道：可接各种脉冲/频率输出型传感器或计数器，用于转速、脉冲计数或频率的测量；3.11 信号源输出通道：多通道输出互不相关，可输出多种信号，包括：正弦、正弦扫频、随机、伪随机、猝发随机、半正弦、方波、磁盘输出等，可与多种实验设备配合使用；3.12 运行于Win2000/XP/7/8操作系统，用户界面友好、操作简便灵活；3.13 计算机通过USB3.0接口与仪器通讯，对采集器进行参数设置（量程、传感器灵敏度、采样速率等）、清零、采样、停止等操作，并实时传送采样数据。
信号完整性分析与测试
信号完整性分析与测试信号完整性问题涉及的知识面比较广，我通过这个短期的学习，对信号完整性有了一个初步的认识，本文只是简单介绍和总结了几种常见现象，并对一些常用的测试手段做了相应总结。
本文还有很多不足，欢迎各位帮助补充，谢谢！梁全贵2011年9月16日目录第1章什么是信号完整性 ----------------------------------------------------------------------------------- 3第2章轨道塌陷------------------------------------------------------------------------------------------------ 5第3章信号上升时间与带宽 -------------------------------------------------------------------------------- 6第4章地弹 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 8第5章阻抗与特性阻抗 -------------------------------------------------------------------------------------- 95.1 阻抗 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 95.2 特性阻抗 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 9第6章反射 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 116.1 反射的定义------------------------------------------------------------------------------------------- 116.2 反射的测试方法 ------------------------------------------------------------------------------------ 126.3 TDR曲线映射着传输线的各点----------------------------------------------------------------- 126.4 TDR探头选择--------------------------------------------------------------------------------------- 13第7章振铃 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 14第8章串扰 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 168.1 串扰的定义------------------------------------------------------------------------------------------- 168.2 观测串扰---------------------------------------------------------------------------------------------- 16第9章信号质量----------------------------------------------------------------------------------------------- 189.1 常见的信号质量问题 ------------------------------------------------------------------------------ 18第10章信号完整性测试 ------------------------------------------------------------------------------------- 2110.1 波形测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2110.2 眼图测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2110.3 抖动测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.1 抖动的定义 --------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.2 抖动的成因 --------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.3 抖动测试 ------------------------------------------------------------------------------------ 2310.3.4 典型的抖动测试工具：------------------------------------------------------------------ 2410.4 TDR测试 ------------------------------------------------------------------------------------------- 2410.5 频谱测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2510.6 频域阻抗测试-------------------------------------------------------------------------------------- 2510.7 误码测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2510.8 示波器选择与使用要求： ---------------------------------------------------------------------- 2610.9 探头选择与使用要求 ---------------------------------------------------------------------------- 2610.10 测试点的选择 ------------------------------------------------------------------------------------ 2710.11 数据、地址信号质量测试--------------------------------------------------------------------- 2710.11.1 简述 ----------------------------------------------------------------------------------------- 2710.11.2 测试方法 ----------------------------------------------------------------------------------- 27第1章什么是信号完整性如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。
地铁信号系统的测试及信号处理方法分析
应对。 1.2 地铁信号系统在轨道交通中的重要性
城市地铁的所有车辆都应按照信号系统的指示 运行，为此应加强地铁信号系统的设计和测试，保证 地铁信号系统能够保证安全可靠运行。反之，如果设 计不合理，则会使交叉口车辆延误增加，通行能力下降， 从而引起交通事故次数的增加 [1]。随着技术的发展， 地铁各个信号系统相互之间实现互联互通是重要的发 展趋势，通过这种互联互通的信号系统，可以提高地 铁信号系统的自动化程度，保证当无人控制时，地铁 系统依然能够保证安全稳定运行。
2 地铁信号系统的测试技术分析
2.1 对地铁信号系统进行测试的必要性 随着地铁系统对信号准确性要求的提高，要求
信号采集具有较广的范围，如果这些要求难以满足时， 则会导致地铁信号系统出现一定的问题，故有必要对 对地铁信号系统进行测试，以保证信号系统符合实际 的应用需求。 2.2 地铁信号系统的测试方法
2020 年 12 月 10 日第 37 卷第 23 期
doi：10.19399/ki.tpt.2020.23.ห้องสมุดไป่ตู้49
Telecom Power Technology
Ｄｅｃ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． ２３
运营探讨
地铁信号系统的测试及信号处理方法分析
汪璐 （南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210018）
摘要：信号系统是地铁控制系统中的关键设施，是地铁运行安全的重要保障。地铁的运行需要根据信号系统所 下发的控制信号进行调度。通过分析城市地铁信号系统的基本原理和应用现状，阐述了地铁信号系统具体的测试方法， 最后分析了地铁的信号处理方法和处理装置的应用情况，对于提高地铁信号系统的测试及信号处理技术水平具有一 定的价值。
DH5929动态信号测试分析系统
1 概述DH5929动态应变测试分析系统是以计算机为基础、智能化的动态应变测试分析系统。
每个机箱可内置32或64通道（可根据用户定制），适用于测量结构应力及其形成的各种物理量，如力、压力和扭矩等。
1.1应用范围1.1.1 根据测量方案，可完成全桥、半桥、1／4桥（三线制自补偿）的应变应力多点高速并行采样；1.1.2 配接各种桥式传感器，实现各种物理量的测试和分析；1.1.3 可直接对输入的电压信号进行多点高速并行采样；1.1.4 配接各种热电阻（如铂电阻、铜电阻等）温度传感器，对温度进行测试和分析。
1.2 特点1.2.1 外观设计为标准3U/19英寸机箱，可直接安装于标准机柜内组成无限测点的动态应变测试系统；1.2.2 采用模块化设计，每个应变模块有4个采集通道；1.2.3 高度集成，单台整机完整配置共有64通道，可通过以太网进行多机箱级联；1.2.4 支持多台采集仪联网进行同步测试，采集过程中图形实时显示被测物理量变化；1.2.5 通用、可靠的以太网通讯，使系统实现了边采样、边传送、边存硬盘、边显示，利用计算机海量的存储硬盘，长时间实时、无间断记录所有通道信号；1.2.6 利用嵌入式系统中的硬盘，可长时间实时、无间断记录多通道信号，所有通道并行同步工作，每通道采样速率可达20kHz；1.2.7 内置工业级计算机和大容量硬盘可不间断存储数据，最大限度保障了数据存储可靠性；1.2.8 能够进行通道自检，快速获知仪器通道状态，1.2.9具有导线电阻自动测量及修正功能。
1.3 系统构成计算机通过以太网和数据采集箱相连，构成64通道的动态应变测量系统。
通过网络技术，可实现无限多通道扩展并行采样。
1.4 硬件功能1.4.1 内置标准电阻，用户可通过软件程控设置每个通道的桥路方式（全桥、半桥、三线制1/4桥）；1.4.2 可设置任意一个测点作为公用补偿测点；1.4.3 先进的隔离技术和合理的接地，使系统具有极强的抗干扰能力，适用于各种工程现场的检测；1.4.4进口雷莫接插件：输入接插件采用了进口高性能雷莫头，大大提高了小信号输入的可靠性，操作也十分方便；1.4.5 模块与计算机通过以太网相连，既可单独工作也可通过以太网控制多台并行工作，利用以太网扩展简单方便，传输数据更为稳定；1.4.6 自动导线电阻测量及修正：系统硬件自带导线电阻测量功能，结合控制软件可一键完成桥路导线电阻测量并进行自动修正，避免了试验过程中人工检查操作繁琐、主观读数误差大等情况对测量结果造成的影响，提高测试精度；1.4.7 每通道独立的放大器及24bit A／D转换器：实现了多通道并行同步采样，通道间无串扰影响及采样速率不受通道数的限制，并且大大提高了系统的抗干扰能力；1.4.8 准确的采样速率：先进的DDS数字频率合成技术产生高精度、高稳定度的采样脉冲，保证了多通道采样速率的同步性、准确性和稳定性。
DH5922动态信号测试分析系统
DH5922动态信号测试分析系统•DH5922-1 数据采集器技术指标:1. 输入阻抗: 10MΩ∥40PF;2. 输入保护: 输入信号大于±15V(直流或交流峰值)时,输入全保护;3. 输入方式: GND、DC、AC;4. 工作方式:4.1 数据采集器:单端输入、差动输入、ICP适调输入、4.2 外接适调器(选件):ICP适调输入(带双积分硬件网络)、应变适调输入、电荷适调输入、电荷适调输入(带双积分硬件网络)、4～20mA适调输入、双恒流源应变适调输入;5. 满度值: ±20mV、±50mV、±100mV、±200mV、±500mV、±1V、±2V、±5V、±10V、±20V;6. 系统准确度: 小于0.5％(F.S)(预热半小时后测量);7. 系统稳定度: 0.05％/h(同上);8. 线性度: 满度的0.05％;9. 失真度: 不大于0.5％;10. 最大分析频宽: DC～50kHz;;11. 低通滤波器：11.1 截止频率(-3dB±1dB): 10、30、100 、300、1k、3k、10k 、PASS(Hz)八档分档切换；11.2 平坦度：小于0.1dB(2/3截止频率内)；11.3 阻带衰减：大于－24dB/oct；12. 噪声: 不大于5μV rms(输入短路, 在最大增益和最大带宽时折算至输入端);13. 共模抑制(CMR): 不小于100dB;14. 共模电压(DC或AC峰值): 小于±10V、DC～60Hz ;15. 漂移:15.1 时间漂移: 小于3μV/小时(输入短路, 预热1小时后, 恒温, 在最大增益时折算至输入端);15.2 温度漂移: 小于1μV/℃(在允许的工作温度范围内, 输入短路,在最大增益时折算至输入端);16. 输出电位: ±5V范围内,按1mV的分辨率任意设置;17. 过载指示：输出大于±10Vp，过载指示灯亮；18. 50mV指示：输出小于±50mVp，50mV指示灯亮；19. 模数转换器分辨率: 16位;20. 采样速率(连续记录数据):20.1 整数采样频率:8通道同时工作时,每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k、100k(Hz)分档切换；16通道同时工作时,每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50 k (Hz)分档切换;32通道同时工作时,每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k (Hz)分档切换；64通道同时工作时,每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k(Hz)分档切换；128通道同时工作时,每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k (Hz)分档切换；256通道同时工作时,每通道10、20、50、100、200、500、1k、2k(Hz)分档切换；20.2 整数分析频率8通道同时工作时,每通道5、10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k(Hz)分档切换；20.2.2 16通道同时工作时,每通道5、10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k(Hz)分档切换;32通道同时工作时,每通道5、10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k(Hz)分档切换；64通道同时工作时,每通道5、10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k(Hz)分档切换；128通道同时工作时,每通道5、10、20、50、100、200、500、1k、2k(Hz)分档切换；256通道同时工作时,每通道5、10、20、50、100、200、500、1k(Hz)分档切换；21. 存贮深度:由计算机剩余硬盘空间容量决定;22. 触发方式:信号触发、手动触发、外触发;23. 信号触发电位: 满度值的10％～90％、OFF任设;24. 抗混滤波器:24.1 滤波方式:每通道独立的模拟滤波 + DSP数字滤波;24.2 截止频率:采样速率的1/2.56倍,设置采样速率时同时同步设定;24.3 阻带衰减:约-150dB/oct;24.4 平坦度(分析频率范围内):小于0.05dB;25. 电源:220VAC,12VDC（9～18V），功率100W;26. 电磁兼容试验符合A类指标；•27. 使用环境: 适用于GB6587.1-86-Ⅱ组条件;28. 外形尺寸: 236mm（宽）×88mm（高）×317mm（深）(十六通道);236mm（宽）×133mm（高）×317mm（深）(三十二通道);482mm（宽）×133mm（高）×317mm（深）(六十四通道)。