工程測(cè)試應(yīng)用題匯編

1、1( )4 4 應(yīng)用題1 1 該信號(hào)所蘊(yùn)含的頻率結(jié)構(gòu)及各頻率成分的幅值及相位。=20 10sin( t ) 4sin(3 t亠，)x t = 5sin(24t -arctan3) 13sin(72t arctan12)455兀兀x t =5 4sin(40t) 3sin(60t) 6sin( 1001 -)任何一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)所表現(xiàn)出的頻率特性不會(huì)完全相同，“身份特征”。7 7 軸 3 3 是主要的振動(dòng)源，因?yàn)橛裳b置簡(jiǎn)圖可知各軸的速度由小到大依次為軸故各軸的振動(dòng)頻率由小到大為軸4 4、3 3、2 2、1 1,又由減速箱振動(dòng)信號(hào)的頻譜圖可知軸頻率成分的振幅最大，所以判斷出軸3 3 是主要的振動(dòng)源。8

2、 8 圖中反映了對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)采樣頻率對(duì)采樣所得數(shù)字信號(hào)對(duì)原始信號(hào)所攜帶信息再現(xiàn)性的影響。x(t)因而頻譜特性可以作為機(jī)械系統(tǒng)的4 4、3 3、2 2、1 1 ,3 3 對(duì)應(yīng)27129 91-A( ) =1-:5%，能夠測(cè)量的最高頻率352Hz52Hz。1010 周期為 1s1s，err=err=1- =58.6%=58.6%1111(1 1) err=err=1 -15%V1 +(2骯f)2解得 f105f105 HZHZ=1.2%=1.2%2二、2)T1212(f)一argtg(2二Tf) 9.32即振幅誤差是 1.32%,1.32%,相位滯后是-9.32o141400.4時(shí)，為避免

3、在；1 1n處發(fā)生共振，廠雹n，應(yīng)選擇 35KHZ35KHZ.二-arctan= =-10.571515 5050 HZHZ即測(cè)量時(shí)將帶來(lái)的振幅誤差和相位誤差分別為3.1%3.1%和-10.57o(2)(2) err=err=1-1(1313 答：一階裝置，仍有H(SMTs11H(f)2 1 21 (T2：f)同一, ,T越大, ,H (f)越小. .今f=100Hz,=100Hz,測(cè)量誤差小于 5%,5%,即H (f) 0-95-4T 5.23 10秒，用該儀器測(cè) 50Hz50Hz 的正弦信號(hào), ,有H (f) =0.9868周期 2s2s 時(shí),周期 5s5s 時(shí),16165、論述題1）論述

4、頻譜分析的理論及其應(yīng)用簡(jiǎn)介將信號(hào)源發(fā)岀的信號(hào)強(qiáng)度按頻率順序展開(kāi)，使其成為頻率的函數(shù)，并考察變化規(guī)律，稱為頻譜分析。將時(shí) 域信號(hào)變換至頻域加以分析的方法稱為頻譜分析。頻譜分析的目的是把復(fù)雜的時(shí)間歷程波形，經(jīng)過(guò)傅里葉 變換分解為若干單一的諧波分量來(lái)研究，以獲得信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)以及各諧波和相位信息。信號(hào)分析原理測(cè)試信號(hào)的頻域分析是把信號(hào)的幅值、相位或能量變換以頻率坐標(biāo)軸表示，進(jìn)而分析其頻率 特性的一種分析方法又稱為頻譜分析。對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可以獲得更多有用信息，如求得動(dòng)態(tài)信號(hào)中的 各個(gè)頻率成分和頻率分布范圍，求岀各個(gè)頻率成分的幅值分布和能量分布，從而得到主要幅度和能量分布 的頻率值。應(yīng)用由時(shí)間函數(shù)求

5、頻譜函數(shù)的傅里葉變換公式就是將該時(shí)間函數(shù)乘以以頻率為系數(shù)的指數(shù)函數(shù)之后，在從負(fù)無(wú) 限大到正無(wú)限大的整個(gè)區(qū)間內(nèi)，對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，這樣就得到了與這個(gè)時(shí)間函數(shù)對(duì)應(yīng)的，以頻率為自變量 的頻譜函數(shù)。頻譜函數(shù)是信號(hào)的頻域表示方式。根據(jù)上述傅里葉變換公式，可以求岀常數(shù)（直流信號(hào)）的 頻譜函數(shù)為頻域中位于零頻率處的一個(gè)沖激函數(shù)，表示直流信號(hào)就是一個(gè)頻率等于零的信號(hào)。與此相反， 沖激函數(shù)的頻譜函數(shù)等于常數(shù)，表示沖激函數(shù)含有無(wú)限多個(gè)、頻率無(wú)限密集的正弦成分。同樣的，單個(gè)正 弦波的頻譜函數(shù)就是頻域中位于該正弦波頻率處的一對(duì)沖激函數(shù)。1利用傅里葉變換的方法對(duì)振動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行分解，并按頻率順序展開(kāi)，使其成為頻率的函數(shù)，進(jìn)

6、而在頻率域中對(duì)信號(hào)進(jìn)行研究和處理的一種過(guò)程，稱為頻譜分析。目的將信號(hào)在時(shí)間域中的波形轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率域的頻譜，進(jìn)而可以對(duì)信號(hào)的信息作定量解釋。應(yīng)用軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，是對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換，得到其振幅譜與相位譜。分析軟件主要為Matlab。對(duì)于信號(hào)來(lái)說(shuō)，分模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)。進(jìn)行頻譜分析時(shí)，對(duì)于模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，首先對(duì)其進(jìn)行抽樣，使其離散化，然后利用離散傅里葉變換（DFT ）或者快速傅里葉變換（FFT），然后對(duì)其幅度（ABS ）和相位（ANGLE ）的圖像進(jìn)行分析，而對(duì)于數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，則可直接進(jìn)行離散傅里葉變換或快速傅里葉變換。主要課程電子信息、通信方向、地震資料處理的課程，如信號(hào)與系統(tǒng)，隨機(jī)信號(hào)分析

7、，數(shù)字信號(hào)處理等工具頻譜分析儀等工具可較為方便的觀察其頻譜。就量測(cè)信號(hào)的技術(shù)觀之，時(shí)域方面，示波器為一項(xiàng)極為重要且有效的量測(cè)儀器，它能直接顯示信號(hào)波幅、 頻率、周期、波形與相位之響應(yīng)變化，目前，一般的示波器至少為雙軌跡輸岀顯示裝置，同時(shí)也具有與繪圖儀連接的 IEEE-488、IEEE-1394 或 RS-232 接口功能，能將屏幕上量測(cè)顯示的信息繪出，作為研究比較的依據(jù)，但它僅局限于低頻的信號(hào)，高頻信號(hào)則有其實(shí)際的困難。頻譜分析儀乃能彌補(bǔ)此項(xiàng)缺失，同時(shí) 將一含有許多頻率的信號(hào)用頻域方式來(lái)呈現(xiàn)，以識(shí)別在各個(gè)頻率的功率裝置，以顯示信號(hào)在頻域里的特性。圖 1.說(shuō)明方波在時(shí)域與頻域的關(guān)系，此立體坐標(biāo)軸

8、分別代表時(shí)間、頻率與振幅。由傅立葉級(jí)數(shù)（Fourier Series） 可知方波包含有基本波（Fundamental Wave）及若干諧波（Harmonics），信號(hào)的組合成份由此立體坐標(biāo)中對(duì)應(yīng)顯示岀來(lái)。低頻時(shí)，雙軌跡模擬與數(shù)字示波器為目前信號(hào)時(shí)域的主要量測(cè)設(shè)備，模擬示波器可量測(cè)的輸入信號(hào)頻率可達(dá) 100 MHz，數(shù)字示波器有 100 MHz 與 400 （或 500 ） MHz 等多種。屏幕上顯示信號(hào)的意義為橫軸代表時(shí)間，縱軸代表信號(hào)電壓的振幅，用示波器量測(cè)可得到信號(hào)時(shí)間的相位及信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，但無(wú)法獲知信號(hào)失真的數(shù)據(jù)，亦即無(wú)法獲知信號(hào)諧波分量的分布情況，同時(shí)量測(cè)微波領(lǐng)域（如 UHF 以上

9、的頻帶）信號(hào)時(shí)，基于設(shè)備電子組件功能的限制、輸入端雜散電容等因素，量測(cè)的結(jié)果無(wú)可避免地將產(chǎn)生信號(hào)失真及衰減，為解決量測(cè)高頻信號(hào)上述的問(wèn)題，頻譜分析儀為一適當(dāng)而必備的量測(cè)儀器，頻譜分析儀的主 要功能是量測(cè)信號(hào)的頻率響應(yīng)，橫軸代表頻率，縱軸代表信號(hào)功率或電壓的數(shù)值，可用線性或?qū)?shù)刻度顯 示量測(cè)的結(jié)果。另外它的信號(hào)追蹤產(chǎn)生器仃 racking Generator）可直接量測(cè)待測(cè)件 DUT（Device Under Test）的頻率響應(yīng)特性，但它只能量測(cè)振幅無(wú)法量測(cè)相位。就高頻信號(hào)領(lǐng)域觀之，頻譜分析儀是電子工程技術(shù)人員不可或缺的 設(shè)備，對(duì)頻譜分析儀工作原理的了解將有助于信號(hào)量測(cè)系統(tǒng)的建立及充分?jǐn)U展其應(yīng)

10、用范疇。頻譜分析儀的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，諸如衛(wèi)星接收系統(tǒng)、無(wú)線電通信系統(tǒng)、行動(dòng)電話系統(tǒng)基地臺(tái)輻射場(chǎng)強(qiáng)的 量測(cè)、電磁干擾等高頻信號(hào)的偵測(cè)與分析，同時(shí)也是研究信號(hào)成份、信號(hào)失真度、信號(hào)衰減量、電子組件 增益等特性的主要儀器。仿真實(shí)例信號(hào)的頻譜分析a=10; %波信號(hào)振幅fb1= 3e6; % 頻率 fb1fb2=4e6; % 頻率 fb2fs=2.4*fb2; % 抽樣頻率 fsT=1e-5; %調(diào)頻周期，也可設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)t=0:(1/fs):T;N=T*fs+1;df=fs/N;f=0:df:(N-1)*fs/N;x=1/fs*a*(cos(2*pi*fb1.*t)+cos(2*pi*fb2.*t

11、); %subplot(4,1,1);plot(t,x);title(波信號(hào))subplot(4,1,2);stem(t,x);title(抽樣后);subplot(4,1,3);stem(f,abs(fft(x,N);title(頻譜幅度);subplot(4,1,4);stem(f,angle(fft(x,N);title(頻譜相位);2）論述測(cè)試系統(tǒng)的傳遞特性及伯德圖的應(yīng)用傳遞特性定義：對(duì)某一器件或電路，表示其輸岀信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系的圖形。應(yīng)用學(xué)科：通信科技（一級(jí)學(xué)科）；通信原理與基本技術(shù)（二級(jí)學(xué)科）伯德圖也稱波特圖（Bode 的音譯），是分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的有效工具，在自動(dòng)控制等領(lǐng)

12、域有著廣泛的線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)應(yīng)用。伯德圖的原理伯德圖是通過(guò)對(duì)未知系統(tǒng)輸入一系列頻率不同的正弦信號(hào)，通過(guò)測(cè)量輸岀信號(hào)的幅值和相位，得到對(duì)應(yīng)不同頻率下，該系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的幅值相位的作用，從而得到系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。輸岀相對(duì)于輸入只是振幅和相位發(fā)生了變化，而頻率是不變的.而伯德圖就是在輸入的所有頻率上，這里包括 我們經(jīng)常說(shuō)的低頻段、中頻段和高頻段.對(duì)每個(gè)頻率段取幾個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行運(yùn)算，算增益，算相位差，再轉(zhuǎn)換成對(duì) 數(shù)，然后就可以在伯德圖上面描點(diǎn)，假如頻率為 30hz,增益為 0.7,相位差為 90 度，即 out 的振幅/in 的振幅=0.7,out 的相位比 in 的相位滯后了 90 度.則：幅頻曲線，在伯德圖上橫坐標(biāo)的 30hz 的對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)的 20