频谱分析仪的分类
基于stm32单片机的低频频谱分析仪设计

《装备制造技术》2019年第11期0引言频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段,是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。
随着信息技术的快速发展,现代频谱分析仪朝着数字化、模块化、软件化的方向不断演进。
现代的频谱分析仪中已经采用软件无线电结构,利用模拟的射频接收端和全数字式的中频接收处理系统,实现较高的频率分辨率和多测量功能。
本文基于模块STM32单片机及开发板,采用在STM32使用优化过的DFT (离散傅里叶变换)技术对数据进行处理的频谱分析仪,可广泛用于信号的实时频谱分析,相比传统的频谱分析仪,具有频谱分析误差小,频率分辨率高;具有灵活性、开放性、模块化结构;成本低、便于携带等优点[1]。
1硬件设计硬件模块是由阻抗匹配电路、放大电路、A/D 转换器、STM32单片机、显示模块驱动电路、TFT 液晶显示屏组成,如图1所示。
1.1阻抗匹配电路阻抗匹配在本仪器中主要起到两个作用:一是完成与信号源的输出阻抗匹配;二是完成与后级放大电路输入阻抗的匹配[1]。
标准信号源内阻为50Ω,设计的阻抗匹配电路R 3=50Ω,R 4=1k Ω,设后级放大电路输入等效电阻为R i ,经阻抗匹配后的输入电阻由公式得:Rin =R 3//(R 4+R i )≈R 3,由于后级放大电路输入等效电阻R i 很大,所以Rin ≈R 3,原理如图2所示。
1.2放大电路本设计采用的放大电路为同相比例放大电路,在本仪器中主要起到的作用是:对经阻抗匹配后输入的微弱信号,放大到A/D 转换器所需要的幅度值且与原输入信号变化规律一致的信号。
设计中所采用的STM32F103单片机A/D 转换器所需要的幅度值范围为0~3V ,设置输入信号幅值0~100mv ,信号放大倍数为30,取R 1=2k Ω,由公式:U O =(1+R f R 1)U i 得,R f =58k Ω,原理图如图3所示。
基于STM32单片机的低频频谱分析仪设计吴剑园(桂林理工大学南宁分校,广西南宁530000)摘要:利用较低成本的低端STM32单片机及开发板,开发出一套廉价便携式的能够实现实时检测、显示复杂信号的各次谐波的幅度及频率的信号分析仪器,创新及其关键技术在于首次在STM32使用优化过的DFT (离散傅里叶变换)技术对数据进行处理,主要技术指标是以图形加文字的形式,动态实时显示信号的频谱图像,刷新率每两秒一帧,最低频率分辨率11Hz ,谐波频率上限511kHz ,测量幅度误差小于2%,谐波频率误差小于5%,功能上可手动调节水平分辨率和垂直分辨率。
电工测量仪表分类

电工测量仪表分类依据电工与电子测量仪器的工作原理来分类,可分为模拟式电工与电子测量仪器和数字式电工与电子测量仪器两大类。
1.数字式电工与电子测量仪器数字式电工与电子测量仪器如:数字式电压表、数字存储示波器、规律分析仪等。
2.模拟式电工与电子测量仪器模拟式电工与电子测量仪器,如指针式万用表、通用示波器、晶体管毫伏表等。
电工常用测量仪表通常可分为4种类型。
1.直读指示仪表测量时,通过指针偏转,将要测量的电量直接读出,如电压表、电流表、功率表、万用表等。
2.比较仪表测量时,需要与相应的标准量进行比较读出两者的比值,如惠斯登电桥用来测量电阻值,万用表电桥用来测量电容量、电感量。
往往用做精确测量一些电学量及检验其他仪器或仪表。
3.图示仪表图示仪表特地用来显示两个相关量的变化关系,如示波器。
这种仪表直观效果好,但只能作为粗测。
4.数字仪表数字仪表将被测的模拟量转换成为数字量,直接读出,例如常用的数字式电压表、数字式万用表等。
电子测量仪器的品种繁多,其分类方法也较多。
依据功能来分,可分为专用和通用两大类。
1.通用电子测量仪器通用电子测量仪器是指应用面广、功能全面,可适用于对多种对象进行测量的仪器。
但这类仪器测量的精度不高,例如通用示波器等。
2.专用电子测量仪器专用电子测量仪器使用的面窄,但使用便利,精度高。
如晶体管特性图示仪,就是一种专用的示波器。
电子测量仪器按其工作原理可分为模拟与数字两大类。
例如:数字式电压表、数字存储示波器、规律分析仪等。
在日常工作中,较常用到的电子测量仪器的类型归纳说明如下。
1.电平测量仪器在电子测量中,较常用到的电平测量仪器有数字式万用表、数字式电压表、晶体管毫伏表、电子管电压表等。
2.波形显示与测量仪器在电子测量中,较常用到的波形显示测量仪器主要有通用示波器、双踪示波器、多踪多扫描示波器、取样示波器、高压示波器、数字存储示波器及记忆示波器等。
3,频率与时间及相位测量仪器在电子测量中,较常用到的频率、时间、相位测量仪器主要有频率计、波长计、数字式相位计等。
失真度

失真度是用一个未经放大器放大前的信号与经过放大器放大后的信号作比较,被放大过的信号与原信号之比 的差别,我们称之为失真度。其单位为百分比。
音箱的失真度定义与放大器的失真度基本相同,不同的是放大器输入的是电信号,输出的还是电信号,而音 箱输入的是电信号,输出的则是声波信号。所以音箱的失真度是指电声信号转换的失真。声波的失真允许范围是 10%内,一般人耳对5%以内的失真不敏感。
EIDC在多媒体音箱中应用框图
框图中输入、前级放大电路、音量调节、后级功放电路、扬声器是常规多媒体音箱的主要工作组成部分。而 EIDC系统增加了MCU智能处理器、失真度及波型检测电路、调节操作界面,并把普通模拟的音量调节更改为数字 音量电位器IC。失真度及波型检测电路从功率放大器的末级输出进行采样,将失真度信号转换成脉冲宽度信号, 供MCU采集计算。MCU的控制主程序采用优化算法,判断失真度是否超限,并做出修正指令,通过I2C总线控制电 子音量集成块,以达到控制放大器整体增益的目的。
谐波分析法可以根据不同频段选用测量设备,在低频段可选用波形分析仪或选频电压表,在高频段可采用测 量接收机或频谱分析仪,因此,这种方法可以实现宽频范围内的失真度测量 。
但这种方法操作计算复杂,所以在低频段一般不采用此种方法测量失真度。另外用谐波分析法测量失真度的 下限受测量设备自身的失真度及动态范围的限制,如采用测量接收机,一般测量的最小失真度在0.1%左右;采用 动态范围为80dB的频谱分析仪一般可测到0.01%左右。
EIDC通过对放大器增益的智能控制,实现了对各种音源的高、低电平输入的兼容,保证了声音的低失真,并 避免产品系统的损坏。
谢谢观看
基波抑制法是一种间接测量法,无法直接测量出失真定义值。在这里,应着重强调的是:由于基波抑制法不 能单独测量出基波电压的有效值。所以,其失真度定义值公式也就不能够直接应用于失真示值结果的误差处理过 程中。换句话说,采用基波抑制原理测量失真不能够直接测出失真定义值。基波抑制法实际上是一种间接测量法, 但直接刻度成失真度Kx值,它和谐波分析法相比,具有结构简单,操作方便,不需要计算便可直接读出10%以下 失真度值(电压表直接按失真度刻度)等特点,因而在低频频段得到了广泛的应用,失真度测量仪就是根据这一 测量原理而设计制造的。
电子测量仪器的分类介绍

电子测量仪器的分类介绍电子测量仪器是用电子技术手段进行物理量测量的工具,广泛应用于各个领域。
根据其技术原理和测量对象的不同,电子测量仪器可以分为以下几类。
1. 电压、电流类测量仪器电压、电流类测量仪器包括伏特表、安培表、万用表等。
其中,伏特表用于测量电压;安培表用于测量电流;万用表则可以同时测量电压、电流、电阻,并具有其他功能。
这类测量仪器多数采用电磁式工作原理,一般需要接通被测电路。
2. 信号发生器类测量仪器信号发生器类测量仪器可生成多种波形的电信号,例如正弦波、方波、脉冲等。
这些波形可以作为被测电路的信号源,通过信号源的参数(如幅值、频率等)来分析被测电路的性能。
信号发生器类测量仪器广泛用于电子工程、通讯、计算机等领域。
3. 电能质量分析仪器电能质量分析仪器用于对电能质量进行分析和测量,可用于判断电网络的稳定性和可靠性。
这类仪器主要用于电力系统和工业领域,对电能质量的监测和分析非常重要。
常见的电能质量分析仪器有谐波分析仪、电能质量综合分析仪等。
4. 网络分析仪器网络分析仪器用于分析和测试网络的性能和特性,广泛应用于通信和计算机领域。
这类测量仪器包括网络分析仪、频谱分析仪、逻辑分析仪等,通过对不同信号的分析和比较,可以检测网络的故障、识别数据传输的问题,并进行诊断和维修。
5. 光电测量仪器光电测量仪器是用于测量光学参数的仪器,包括光源、光谱分析仪、光度计、光电倍增管等。
在光电领域,这些测量仪器可用于测量光源的亮度、色度、色温等,并进行光学性能的分析和优化。
6. 温度、湿度监测仪器温度、湿度监测仪器主要用于监测室内外环境的温度和湿度,可广泛应用于建筑工程、智能家居等领域。
这类仪器包括温湿度计、温度计、红外线测温仪等,通过对数据的分析和比对,可以对室内外环境进行智能调控。
7. 多参数监测仪器多参数监测仪器可以测量多种物理量,如压力、流量、振动、声音等。
这类仪器广泛用于工业、医疗、化工等领域,对于工作环境和人体健康的监测和保护非常重要。
大型科学仪器分类标准及编码

030337300 kN静重式测力机DM100
030338NIM-II型绝对重力仪
30399其他
0304电磁学计量仪器
030401超导强磁场标准
030402磁感应强度国家基准
030403直流电阻副基准
030404电容损耗因数基准
030405单相工频电能基准装置
030406直流电动势副基准
010999其他
011000生化分离分析仪器
011001氨基酸及多肽分析仪
011002凝胶扫描仪
011003生物化学发光仪
011004生化分析仪
011005酶标仪
011006 DNA合成仪
011007 DNA测序仪
011008 DNA样本制备仪
011009基因导入仪
011010多肽合成仪
011011 PCR仪
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大型科学仪器分类标准及编码
大类
中类
小类
010000分析仪器
010100电子光学仪器
010101透射电镜
010102扫描电镜
010103电子探针
010104电子能谱仪
010199其他
010200质谱仪器
010201有机质谱仪
010202无机质谱仪
010203同位素质谱仪
030316肖氏硬度副基准装置
030317高频振动基准装置
030318中频振动基准装置
030319低频垂直向振动副基准装置
030320低频水平向振动副基准装置
030321冲击加速度基准装置
030322塑料洛氏硬度国家基准
030323液体密度基准装置
无线电综合测试仪

无线电综合测试仪知识一、概述移动通信分为模拟体制和数字体制,从满足移动通信测试要求进行分类,则无线电综合测试仪分为用于模拟通信测试的无线电综合测试仪和用于数字通信测试的无线电综合测试仪两类。
在本文中只针对用于模拟通信测试的无线电综合测试仪进行介绍。
(一)用途无线电综合测试仪整合了调频、调幅、单边带调制射频合成源、频谱分析仪、射频功率计、射频频率计、射频调制度仪、音频合成源、音频电压表、音频频率计、信纳计、失真仪、信噪比测试仪,低频示波器等十几种测试仪器功能,能对调频、调幅、单边带调幅发射机或接收机的各项参数进行测试。
能很好地满足通信设备维护保障的需要,同时还可用于无线电台生产、维护、检测等领域。
随着通信现代化技术及装备的发展,目前各个行业配有大量的通信电台及通信设备,由于电台多为双工工作模式,指标多、功能全,故与其配套成常规的检测与维护。
而一台无线电综合测试仪就能满足无线电台接收、发射和双工工作模式下的测试需求,从参数测量到波形测量,从时域分析到频域分析,从微弱信号到大功率信号等各个方面完成对电台性能特性的全面测量和分析。
(二)分类和特点无线电综合测试仪根据其测试功能可分为单工无线电综合测试仪和双工无线电综合测试仪。
根据其对无线电参数的测试分析类别可分为具备时域分析和具备时域分析及频域分析的无线电综合测试仪。
●单工无线电综合测试仪的特点单工无线电综合测试仪内部只有一个射频合成源,对通信设备进行测试时,只能分别对其发射性能或接收性能进行测试。
其特点是操作简单,该类综测仪以比较早期的产品居多,其指标不高,一般适用于低成本应用。
●双工无线电综合测试仪的特点双工无线电综合测试仪内部包含两个射频合成源,对通信设备进行测试时,能够同时测试其发射性能和接收性能,也可分别对其发射性能或接收性能进行测试,完全实时反映通信设备的整体性能。
同时该类综测仪一般还具备频谱分析功能,能够从时域和频域两个方面对通信设备的性能给出全面的评价。
频段和波长的关系
示波器的应用:测量信号的 频率、幅度、相位等参数
频谱测量技术的发展历程 频谱测量技术概述
频谱测量技术的应用领域
频谱测量技术的未来发展趋 势
频段和波长的研究 意义
频段和波长研究有助于提高通信效率 频段和波长研究有助于实现更高速的通信 频段和波长研究有助于实现更远距离的通信 频段和波长研究有助于推动通信技术的发展
频段和波长的 研究有助于提 高雷达的探测
精度和距离Байду номын сангаас
随着频段和波 长的不断探索, 雷达的分辨率 也得到了显著
提升
频段和波长的 研究为雷达抗 干扰和隐形技 术的发展提供
了理论支持
频段和波长的 研究有助于推 动雷达与其他 无线电设备的 兼容性和互操
作性
频段和波长的研究有助于确定无线电广播的传输范围和信号质量 频段和波长的研究有助于开发更高频段的无线电广播技术,以满足更多用户的需求 频段和波长的研究有助于优化无线电广播的传输效率和稳定性 频段和波长的研究有助于推动无线电广播技术的创新和发展,促进整个行业的进步
频段和波长在通 信领域中起着关 键作用,不同的 频段和波长适用 于不同类型的通 信需求。
例如,短波通信 适用于远程通信, 而微波通信则适 用于数据传输和 卫星通信。
频段和波长的选 择对于保证通信 质量、可靠性和 安全性至关重要。
随着技术的发展, 频段和波长在通 信领域中的应用 越来越广泛,为 人们的生活和工 作带来了便利。
频谱分析仪的应用:在通信、电子、雷达等领域中,用于测试信号的频率特性、调制方 式和干扰情况等。
频谱分析仪的特点:具有高精度、高分辨率和高灵敏度等特点,能够提供准确的测试结 果。
示波器的种类:模拟示波器 和数字示波器
噪声测量方法(课堂PPT)
计算:该工作人员每天接触噪声的等效A声级。
声级分段序号 n
1
各 段 声 级 (分贝) 78~82
各段中心声级Ln 80 暴 露 时 间T(分) 240
2
83~87
85
3
4
5
6
7
88~92 93~97 98~102 103~107 108~112
90
95 100 105
110
60
150
8
等
113~117 效A 声
的等效声级
29
6、测点位置(传声器位置)
(1)法定厂界1米,高度1.2米以上的噪声敏感处 如果厂界有围墙,测点应高于围墙 (2)若厂界与居民住宅相连,厂界噪声无法测量
时,测点应选在居室中央,室内限值比相应标 准低10dB(A)。
30
7、测量记录
绕厂界布点,在每一点测量,计算等效声级,填 入工业企业厂界噪声测量记录表
8、背景值修正
背景噪声应比待测噪声低10dB(A) 如测量值比背景值小10dB(A),按表修正
差值
3
4~6
7~9
修正值 -3
-3
-1
31
7
(3)注意声源附近反射体的影响。测点尽量远离反射物。
在室内,与墙壁和地面的距离最好大于1米 在室外,测点至少离开大的反射物3.5米以上
(4)注意避免背景噪声的影响。先测背景噪声。
噪声源声级-背景噪声>10分贝,背景噪声忽略不计 噪声源声级-背景噪声=3~10分贝,进行修正 噪声源声级-背景噪声<3分贝,采取措施降低背景噪声
109050第k条干线的长度公里17323323工业企业噪声测量方法工业企业噪声测量方法生产环境车间噪声测量工业企业现场机器噪声的测量1811生产环境车间噪声测量生产环境车间噪声测量在操作人员经常所在的位置或观察生产过程而经常工作活动的范围内以人耳高度为准使用慢特车间内声级分布差异小于3分贝选择13个测点声级分布差异大于3分贝按声级大小将车间分成若干区域区域内声级差异小于3分贝相邻区域声级差异大于或等于3分贝在每个区域取13个测点测量19对于非稳态噪声
实验室常用仪器使用及管理
实验室常用仪器使用及管理一、实验室常用仪器分类1.分析仪器:包括气相色谱仪、液相色谱仪、质谱仪等,用于分离、鉴定和定量分析样品中的化学成分。
2.光学仪器:包括显微镜、光谱仪、光度计等,用于观察和测量样品的光学性质。
3.生化仪器:包括高效液相色谱仪、红外光谱仪、生物质谱仪等,用于生物化学实验中的分析和检测。
4.声学仪器:包括频谱分析仪、声级计、音频发生器等,用于声学实验和声学研究。
5.物理仪器:包括电子天平、万用表、示波器等,用于物理实验中的测量和测试。
6.电化学仪器:包括电化学工作站、电位计、电导率仪等,用于电化学实验和电化学分析。
二、仪器的使用与管理正确的使用和管理实验室仪器对于实验室的科研工作非常重要。
以下是关于实验室仪器使用与管理的一些建议:1.仪器使用与维护:(1)熟悉仪器的操作手册和相关安全指南,了解仪器的基本原理和使用方法。
(3)使用仪器时应按照操作规程进行操作,并注意仪器的限制条件,避免对仪器造成损坏或危险。
(4)合理使用仪器,避免过度负荷使用,保护仪器长期稳定运行。
(5)定期对仪器进行保养与维护,清洁仪器的工作台面和接口,及时更换易损件。
2.仪器的标识与记录:(1)对于实验室的每个仪器都应有一个独特的编号,并在仪器上标识出来,以便于日常使用和管理。
(2)建立仪器的使用记录,记录每次使用仪器的相关信息,如使用者、使用日期、使用内容等。
(3)建立仪器的维护记录,记录每次维护和保养的细节,包括维修内容、维护人员等。
(4)定期对仪器进行校准或检测,记录校准结果以确保仪器的准确性和可靠性。
3.仪器的存储与管理:(1)仪器应存放在安全、干燥、通风良好的环境中,避免仪器受潮、受尘和受日光直射。
(2)在仪器存放区域设置明确的标识,包括仪器的名称、编号和存放位置。
(3)对于需要特殊保护的仪器,如光谱仪、显微镜等,应单独存放,并加装防护设备和防护罩。
(4)建立仪器借用制度,凡需要借用仪器的人员必须填写借用申请单,并经主管人员批准后方可借用。
chirp变换频谱分析仪的设计及其数字部分的实现
新技术新仪器 · 29·
Chirp变换频谱分析仪的设计及其数字部分的实现
周海松1,马骊群1,刘梦伟2,宫俊杰2
(1航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095;2中国科学院声学研究所,北京 100080)
摘 要:太赫兹频谱分析仪应用技术中,Chirp变换频谱分析应用了声表面波滤波器件,能够保障中频、分辨 率等参数,满足深空探测领域对稳定性和功耗的严格要求。但目前国内的 Chirp变换频谱分析仪只能处理 400MHz 带宽的输入信号,不能完全满足应用需要。为了提高带宽,本文围绕 1GHz带宽声表面波滤波器件,利用直接数 字频率合成技术产生与其匹配的 2GHz带宽的线性调频信号,设计了带宽为 1GHz,中心频率为 32GHz的频谱 分析仪,并对数字部分进行了实现和结果分析验证。
Keywords:terahertz;spectrum analyzer;Chirptransform basedonSAW;1GHzbandwidth
0 引言
太赫兹波是指频率范围为 01~10THz的电磁波, 它的波段处于微波与红外光间。人们尚未充分认知和 利用它的 频 谱 资 源 [1-3]。 太 赫 兹 波 具 有 很 多 优 良 的 性 质:对于很多非极性物质具有很好的穿透性;光子能 量低;对水分子很敏感等[4]。由于其具有的特殊性质, 全世界都处于研究太赫兹技术的热潮中[5]。特别是深 空探测领域,Rosetta彗星探测卫星[6]和将在 2022年发 射的木星冰月探测器[7]中都有它的身影。在计量领域, 太赫兹也有着非常好的发展前景。应用太赫兹信号进 行成分、深度等信息的无损探究 将 是 计 量 人 探 索 的 重点 。 [8-15]
太赫兹频谱分析仪的结构由三部分构成:前段天 线、中频处理单元和频谱分析后端[16]。由于太赫兹波 段所处频带频率高于常规电子设备可用的微波射频波 段,同时低于光学设备可分析的可见光波段,因此通
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频谱分析仪的分类
频谱分析仪是一种常用的电子测试仪器,主要用于测量信号的频谱特性。
它可
帮助工程师对电路、通信系统、音频和视频信号进行测试和调试。
频谱分析仪按照使用场景、功能和技术原理等多个方面进行分类。
本文将介绍常见的几种频谱分析仪分类。
按照使用场景分类
实时频谱分析仪
实时频谱分析仪(RTSA)可在非常短的时间内捕捉宽带的信号,并以高速率提供精细的频谱分析。
这种频谱分析仪可帮助验证无线系统的正确性,检测干扰源和跟踪无线信号。
实时频谱分析仪通常具有非常高的样本率,以及长时间的连续测量。
扫描频谱分析仪
扫描频谱分析仪(SSA)是一种经典频谱分析仪,其设计主要是为了展示和分
析频谱的性质。
扫描频谱分析仪具有简单的用户界面和操作方法,通过扫描整个频率范围来获得信号频谱分量的幅度和相位信息。
它适用于测量信号的谐波、噪声和杂散分量等。
矢量网络分析仪
矢量网络分析仪(VNA)主要是用于测量高频电路中的S参数或Y参数,包括
接口的反射和传输特性。
VNA能够测量散射参数并计算出网络的各种特性,如阻抗、VSWR,以及信号的传输损耗和反射损耗等。
按照技术原理分类
超外差频谱分析仪
超外差频谱分析仪(HSA)利用了构成频带混频器的倍频机理,可以扩大波特
率和测量范围。
它具有很高的灵敏度和分辨率,经常用于射频和微波频段的测量。
该技术可以实现频谱观察和多轨道记录。
混频频谱分析仪
混频频谱分析仪(PSA)涉及到复杂的运算和调制,但相对于常规输入电路而言,其频率响应曲线更加平坦。
PSA使用小型的混频器在下变频之前将输入信号变成低频信号,该技术相对于其他频谱测量技术而言,可提供更高的精度和分辨率。
FFT频谱分析仪
FFT频谱分析仪是一种基于快速傅里叶变换(FFT)的频谱测量仪。
FFT频谱
分析仪可以接受低频到射频范围内的不同信号,并将其转换为频谱分量,以确定信号的幅度和相位。
FFT频谱分析仪具有较高的FFT速度和精度,广泛应用于信号
和系统分析、信号源搜索等领域。
按照功能分类
信号分析仪
信号分析仪(SA)是可以评估输入信号的频率、幅度、相位和其他参数的频谱
分析工具。
通常,信号分析仪可检查数字信号、模拟信号和混合信号,并且可通过它们来协助选择、维护和问题排除等任务。
光谱分析仪
光谱分析仪(OSA)是一种专门用于分析光信号的频谱测量仪。
OSA旨在提供
精确的信号分析结果,包括光信号的频谱带宽、波长、波长间隔、中心波长和峰值功率等参数。
OSA广泛应用于光通讯元件和系统的设计、制造和测试。
音频分析仪
音频分析仪(AA)是一种用于评估音频信号性能的频谱分析工具。
它被广泛应用于音频系统和音乐制作领域。
AA主要用于分析音频信号的谐波失真、幅度响应、相位响应和杂波等参数。
总结来说,频谱分析仪按照使用场景、技术原理和功能等多方面进行分类。
这
些分类有助于了解不同类型频谱分析仪的特点和适用范围,以便最大程度地满足不同领域和应用的测试需求。