频谱分析技术研机械2012
姚金凯122080200045
基于加窗FFT的频谱分析
随着计算机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的频谱分析已经应用到各个领域并且发挥着重要作用。信号处理方法是当前机械设备故障诊断中重要的技术基础之一，分析结果的精确程度是诊断成功与否的关键因素。研究频谱分析是当前主要的发展方向之一。数字信号处理基本上从两个方面来解决信号的处理问题：一个是时域方法，即数字滤波；另一个是频域方法，即频谱分析。
FFT是离散傅立叶变换的快速算法，可以将一个信号变换到频域，这样有助于对信号进行分析。Matlab是具有很强的科学计算和图形显示界面的软件系统。本文主要通过用MATLAB编程来对信号进行频谱分析，并分析加矩形窗、汉宁窗、哈明窗等窗函数在不同截断时间长度及不同采样频率下对信号频谱分析的影响。
在数字信号处理中，离散傅里叶变换(Discrete．Time Fourier Transform，DFT)是常用的变换方法，它在数字信号处理系统中扮演着重要角色。由离散傅里叶变换发现频率离散化，可以直接用来分析信号的频谱、计数滤波器的频率响应，以及实现信号通过线系统的卷积运算等，因而在信号的频谱分析方面有很大的作用。
由于DFT的运算量太大，即使是采用计算机也很难对问题进行实时处理，所以经过很多学者的不懈努力，便出现了通用的快速傅里叶变换（FFT）。快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）并不是与离散傅里叶变换不同的另一种变换，而是为了减少DFT计算次数的一种快速有效的算法。对FFT算法及其实现方式的研究是很有意义的。目前，FFT己广泛应用在频谱分析、匹配滤波、数字通信、图像处理、语音识别、雷达处理、遥感遥测、地质勘探和无线保密通讯等众多领域。在不同应用场合，需要不同性能要求的FFT处理器。在很多应用领域都要求FFT处理器具有高速度、高精度、大容量和实时处理的性能。因此，如何更快速、更灵活地实现FFT变得越来越重要。
1.2 频谱分析的发展
频谱分析在生产实践和科学研究中获得日益广泛的应用。例如，在声纳系统中，为了寻找海洋水面船只或潜艇，需要对噪声信号进行谱分析，以提供有用信息，判断舰艇运动速度、方向、位置、大小等。因此对谱分析方法的研究，受到普遍注意和重视，是当前信号处理技术中一个十分活跃的课题。
1965年库利首次提出了快速傅里叶变换(FFT)算法，FFT和频谱分析很快发展成为机械设备故障诊断、振动分析、无线电通信、信息图象处理和自动控制等多种学科重要的理论基础。然而长期的应用和近年来的理论分析表明：经快速傅立叶变换得到的离散频谱，频率、幅值和相位均可能产生较大误差，即使加其他窗时，也不能完全消除此影响。从70年代中期，有关学者开始致力于频谱校正理论的研究以期解决离散频谱误差较大的问题。1975年John C．Burges等从事电学领域研究工作的学者采用插值法对加矩形窗的离散化频谱进行校正，解决了电学中的离散高次谐波参数的精确测量问题。1996年，余佳兵，史铁林等提出了采用复调制细化谱分析将已产生频谱干涉的密集频率成分分离开，消除干涉，再用比例法进行校正以解决密集频率成分的离散频谱的校正问题。2001年，徐培民、杨积东、闻邦椿提出了自动识别和修正离散频谱中两临近谱峰参数的方法，不仅能识别间距不到一个频率分辨率的两个密集频率成分，而且能识别峰间距为1-6个频率的临近谱峰参数。
1.3 本文主要研究内容
本实验的目的主要是分析矩形窗、汉宁窗、哈明窗、布莱克曼窗函数对信号矩形频谱分析，分析各窗函数对频谱分析的影响。用MATLAB编出程序，把各种函数的图像进行对比，然后在频率不变的情况下改变截断时间，以及在截断时间不变的情况下，改变频率，观察信号的变化。
2离散傅里叶变换
2.1离散傅里叶变换的定义
设x(n)是一个长度为M的有限长序列，则x(n)的N点离散傅立叶变换为：
X(k)=DFT[x(n)]=
kn
N
W
N
n
n
x
∑
-
=
1
)
(
,k=0,1,...,N-1。 (1)
X(k)的离散傅里叶逆变换为：
x(n) =IDFT[X(k)]=
kn
N
W
k
X
N
n
N
-
∑
-
=
1
)
(
1
,k=0,1,...,N-1 (2)
式中，
N
j
e
N
Wπ2-
=，N称为DFT变换区间长度，N≥M。
2.2快速傅里叶变换（FFT ）
快速傅里叶变换（FFT ）是离散傅里叶变换的快速算法，它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅里叶变换的算法进行改进获得的，它对离散傅里叶变换并没有新的发现。
有限长序列x(n)及其频域表示X(k)可由以下离散傅立叶变换得出
1
0x(k)=DFT[x(n)]=()N nk
N
n x n W -=∑ 01k N ≤≤- （8）
10
1x(n)=IDFT[X(k)]=()N nk
N
n X k W N --=∑ 01k N ≤≤- （9）
其中2j
nk nk N
N
W
e
π-=。式（8）称为离散傅立叶正变换，式（9）称为离散傅立
叶逆变换，x(n)与X(k)构成了离散傅立叶变换对。
根据上述公式，计算一个X(k)，需要N 次复数乘法和N-1次复数加法，而计算全部X(k)( 01k N ≤≤-)，共需要2
N 次复数乘法和N(N-1)次复数加法。实现一次复数乘法需要四次实数乘法和两次实数加法，一次复数加法需要两次实数加法，因此直接计算全部X(k)共需要42
N 次实数乘法和2N(2N-1)次实数加法。当N 较大时，对实时信号处理来说，对处理器计算速度有十分苛刻的要求，于是如何减少计算离散傅里叶变换运算量的问题变得至关重要。
为减少运算量，提高运算速度，就必须改进算法。计算DFT 过程中需要完成的运算的系数里，存在相当多的对称性。通过研究这种对称性，可以简化计算过程中的运算，从而减少计算DFT 所需的时间。
如前所述，N 点的DFT 的复乘次数等于2
N 。显然，把N 点的DFT 分解为几
个较短的DFT ，可是乘法的次数大大减少。另外，旋转因子m
N W 具有明显的周期
性和对称性，其周期为：
22()j
m lN j
m m lN
m N
N
N
N
W
e
e
W π
π-+-+===
其对称性表现为：
m N m N N W W --=或*[]N m m N N W W -=
FFT 算法就是不断地把长序列的DFT 分解成几个短序列的DFT ，并利用m
N W 的
周期性和对称性来减少DFT的运算次数。
nk
N
W具有以下固有特性：
(1)
nk
N
W的周期性：()(N
nk n N k n k
N N N
W W W
++
==）
(2)
nk
N
W的对称性：()
nk nk n n N k
N N N
W W W
--
==
（）
(3)
nk
N
W的可约性：
/
,
n n
N N n N Nn
W W W W
==
另外，
/2(/2)
1,
N k N k
N N N W W W
+
=-=-。
利用
nk
N
W的上述特性，将x(n)或X(k)序列按一定规律分解成短序列进行运
算，这样可以避免大量的重复运算，提高计算DFT的运算速度。算法形式有很多种，但基本上可以分为两大类，即按时间抽取(Decimation In Time，DIT)FFT 算法和按频率抽取(Decimation In Frequency，DIF)FFT算法。
3 用FFT加窗进行频谱分析
3.1相关的MATLAB功能函数简介
(1)图像显示函数：plot，x轴和y轴均为线性刻度；
(2)图形生成函数：figure，生成图形窗口；
(3)FFT函数：fft（S），其中S为加窗后的一个帧信号。因为实时信号FFT的频
域样值关于中点（即采样频率的1/2）对称，所以fft(S)给出的矩阵数据只有前半部分有用。
3.2 相关窗函数简介
(1)矩形窗：，能产生矩形波形，MATLAB中用boxcar(N)表示；
(2)汉宁窗：，汉宁窗的幅度函数由三部分相加，旁瓣互相对消，能使能量更集中在主瓣中。在MATLAB中用函数hanning(N)表示；
(3)哈明窗：,这种改进的升余弦窗能量更集中在主瓣中，主瓣的能量约占99.96%，MATLAB中用hamming(N)表示；
(4)布莱克曼窗：，这样其幅度函数由五部分组成，他们都是移位不同，且幅度也不同的函数，使旁瓣再进一步抵消，旁瓣峰值幅度进一步增加。MATLAB中用Blackman(N)表示。
3.3 分析与结论
(1)矩形窗
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Hz
幅值
矩形窗
Tp=0.1s,Fs=1000hz
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Hz
幅值
矩形窗
Tp=2s,Fs=1000hz
1
2
3
4
5
6
7
x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Hz
幅值
矩形窗
Tp=0.1s,Fs=1500
矩形窗的主瓣比较集中，缺点是旁瓣较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负频现象。由上面图像可以看出增大截断时间Tp ，即矩形窗口加宽，则窗谱将被压缩变窄（pi/T ），旁瓣的影响减小。 (2)汉宁窗
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.91Hz
幅值
汉宁窗
Tp=0.1s,Fs=1000hz
00.51 1.52
2.53
3.54
4.5x 10
6
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Hz
幅值
汉宁窗
Tp=1s,Fs=1000hz
1
2
3
4
5
6
7
x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.91Hz
幅值
汉宁窗
Tp=0.1,Fs=1500hz
汉宁窗主瓣加宽并降低，旁瓣则显著减小，从减小泄漏观点出发，汉宁窗优于矩形窗，但汉宁窗主瓣加宽，相当于分析带宽加宽，频率分辨率下降。当截断时间Tp 增加时旁瓣减小，频率分辨率下降。 (3)哈明窗
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.91Hz
幅值
哈明窗
Tp=0.1s,Fs=1000hz
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.91Hz
幅值
哈明窗
Tp=1s,Fs=1000hz
1
2
3
4
5
6
7
x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Hz
幅值
哈明窗
Tp=0.1s,Fs=1500hz
哈明窗与汉宁窗都是余弦窗，不过哈明窗能使旁瓣达到更小。分析表明，哈明窗的衰减速度比汉宁窗的慢。 (4)布莱克曼窗
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Hz
幅值
布莱克曼窗
Tp=0.1s,Fs=1000hz
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Hz
幅值
布莱克曼窗
Tp=1s,Fs=1000hz
1
2
3
4
5
6
7
x 10
6
00.10.20.30.40.50.6
0.70.80.9
1Hz
幅值
布莱克曼窗
Tp=0.1s,Fs=1500hz
布莱克曼窗的幅度谱主瓣宽度大约是矩形窗的三倍。旁瓣峰值增加。当截断时间一定时，增加采样频率频谱变得光滑。
敏度就是最小可检测信号，定义为在一定分辨带宽下显示的平均噪声电平。“平均”就是足够窄的视频带宽VBW ，去平均信号加噪声或噪声若一信号的电平等于显示的平均电平，它将以近似3dB 突起显示在平均噪声电平之上。这一信号
被认为是最小的可测量信号电平。
如果要使频谱分析仪得到最好的灵敏度，有以下三个方法：
（1）最窄的分辨率带宽；（2）最小的输入衰减；
（3）视频带宽VBW应是分辨率带宽的百分之一。
但是最好的灵敏度可能与其它测量设置有矛盾，如测量时间大增，0dB的衰减会增加输入的驻波比，降低测量精度。总之，频谱仪的最佳工作状态是由诸多因素、参数决定的，不能片面追求某一指标的完美，需统筹考虑，对本文所述的基本因素和所要作的测量类型进行分析，尽力趋向于完美的组合。如对小信号测量，要提高灵敏度，对失真测量要调节衰减，同时要会判断频谱分析仪的工作状态等等。这在我们实际的工作中会遇到并要细心实践。
结论
频谱分析工作在许多科学技术领域都会遇到,在无线电技术的许多方面,例如通讯、地震测量、电信、导航、雷达、电子对抗、空间技术等;此外,由于象光波、机械振动、冲击、声响等各种非电量都可以通过所谓换能器转换成电流或电压的变化来方便地进行分析,所以,频谱分析在各种振动、噪声、电声、发动机、建筑、生物、医学等领域也起重要作用。
参考文献
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MV_RR_CNG_0100 精密步进电阻式衰减器检定规程 1. 精密步进电阻式衰减器检定规程说明 编号JJG507-1987 名称（中文）精密步进电阻式衰减器检定规程 （英文）Verification Regulation of Step Attenuators 归口单位中国计量科学研究院 起草单位中国计量科学研究院 上海测试技术研究所 主要起草人吴 瑛 (上海测试技术研究所) 金为轩 (中国计量科学研究院) 批准日期1987午7月6日 实施日期1988年5月6日 替代规程号 适用范围本规程适用于新生产、使用中和修理后的各种精密步进电阻式衰减器的检定。 主要技术要求1 频率范围：DC～3 000 MHz。 2 衰减范围： 0～100 dB。 3 衰减准确度： 0.1 dB步进档：±(0.1～0.2) dB； 1 dB步进档：±(0.06～0.4)dB； 10 dB步进档：±(0.1～1.5) dB。 4 特性阻抗：50 Ω、7 5 Ω同轴插头座为L16(N)、L27等。 5 电压驻波系数：1.10～1.40。 6 起始衰减量：≤1 dB。 是否分级 否 检定周期（年） 1 附录数目 2 出版单位中国计量出版社 检定用标准物质 相关技术文件 备注 2. 精密步进电阻式衰减器检定规程摘要 一概述 精密步进电阻式衰减器可用来检定信号发生器、接收机、频谱分析仪等测量仪器内的衰减器。也可用来测量各种同轴元件的衰减特性和放大器的增益。 精密步进电阻式衰减器，一般由放入屏蔽盒或腔体内的若干节T型或∏型电阻网络按一定要求串接而成，通过开关转换使衰减量步进。如TO32、TS14、TO5、SH-2、DPU、WS3701以及MN570C型等衰减器都属于这类衰减器。
电动机三种典型振动故障的诊断 1 引言 某造纸厂一台电动机先后出现了三种典型的振动故障: (1) 基础刚性差; (2) 电气故障; (3) 滚动轴承损坏。 现将诊断分析及处理过程进行简单的描述和总结: 此电动机安装于临时混凝土基础上，基础由四根混凝土支柱支撑于二楼楼板横梁上，基础较为薄弱。电动机运行时振动较大，基础平台上感觉共振强烈。没有发现其他异常。 电动机结构型式及技术参数如下: 三相绕线型异步电动机 型号:yr710-6 额定功率:2000kw 额定转速:991r/min 工作频率:50hz 额定电压:10kv 极数:6 滚动轴承:联轴节端nu244c3; 6244c3 末端: nu244c3 (fag) 针对本电动机的特点,采用entek data pactm 1500数据采集器＋9000a-lbv加速度传感器; enmoniter odyssey软件进行振动数据的采集和分析: 2 电动机基础刚性弱的诊断过程 2001年8月21日，采用entek data pactm 1500数据采集器对此电动机进行测试。首先，
断开联轴节，进行电动机单试。测量电动机两端轴承座处水平、垂直、轴向三个方向的振动速度有效值(mm/s rms)、振动尖峰能量(gse)幅值及频谱;测量电动机地脚螺栓、基础、基础邻近台板各点及台板下支撑柱上各点的振动位移峰峰值(μm p-p); 测量电动机两侧轴承座 水平、垂直方向的工频(1×n)振动相位角。将电动机断电，采集断电瞬间前后电动机振动频谱瀑布图。 之后，重新找正对中，带负荷运行进行测试，测试内容同上。 测点位置如图1所示;对电动机基础、地脚螺栓及台板各点振动幅值进行测量的数据如图2、图3所示。 图1 图2 振动数据侧视图
频谱及信号分析技术 【摘要】随着电子技术的发展，世界各国加速了对电子领域的研究，具体体现在竞相提高通信、雷达、遥控、导航等无线电电子设备的威力和效能等方面。在这些方面，频谱分析成为必不可少的信号分析手段。频谱分析可以对信号的频率、电平、频谱纯度及抗干扰特性进行分析，使其成为电子领域必不可少的测量手段。对于信号分析，使用的仪器也是重中之重。其中使用最广泛的事频谱分析仪和矢量信号分析仪等。 【关键词】频谱、信号分析、应用、频谱分析仪、矢量信号分析仪首先介绍一下信号频谱分析的方法，信号又分为周期和非周期两种。下面就连续周期和非周期信号频谱分析的方法做一个介绍和研究。在信号处理过程中，频域分析方法往往比时域分析方法更方便和有效。对于确知连续时间信号，其频域分析可以通过连续时间傅里叶变换来进行，但是，这样计算出来的结果仍然是连续函数，计算机不能直接加以处理。为了实现数值计算，还需要对其进行离散化处理，即采用离散傅里叶变换（DFT）进行分析。DFT 的快速算法的出现，使 DFT 在数字通信、图像处理、功率谱估计、系统分析与仿真、雷达信号处理、光学、医学等各个领域都得到广泛应用。对于时间连续信号f(t)，其频谱分析可以通过连续时间傅里叶变换（CTFT）来进行。连续时间傅里叶变化特别适合于对时间连续信号的理论分析，但是，由于函数 f(t)和其频谱函数都是连续函数，不能够直接用计算机来处理，因此在进行数值计算时必须将其离散化，然后利用离散傅里叶变换（DFT）实现近似计算。在已知连续信号数学解析式的情况下，非周期信号的频谱可以根据傅里叶变换的定义进行解析计算。实际应用中的多数信号不存在数学解析式，信号的频谱无法利用傅里叶分析公式方法直接计算，一般需采用数值方法进行近似计算分析频谱，在进行数字计算时，需对计算的连续变量进行离散化。由于连续非周期信号 x(t) 的频谱函数 X(jω)是连续函数，因此，需要对其进行离散化处理得到 x[n]以近似分析相应的频谱。通过建立序列 x[n]的离散傅里叶变换 X[m]与连续非周期信号 x(t)的傅里叶变换 X(jω)之间的关系，可以利用DFT对连续非周期信号频谱进行近似分析。在利用DFT分析连续时间信号的频谱时，涉及频谱混叠、频率泄漏及栅栏现象。频率混叠与连续信号的时域抽样间隔有关，频率泄漏与信号的时域加窗截短的长度及窗型有关，栅栏现象与DFT的点数有关。在大多数情况下，一般已知待分析连续信号的最高频率，以及希望的DFT的频率分辨率。 频谱分析仪是功能强大并广泛应用于射频信号检测的一种仪器。现代外差式频谱分析仪由射频前端、第１级混频、多级中频处理、视频处理、检波和踪迹输出5部分组成，如图1所示。
用频谱分析仪测量通信信号 一、GSM信号的测量 现代高度发达的通信技术可以让人们在地球的任意地点控制频谱分析仪，因此就更要懂得不同参数设置和不同信号条件对显示结果的影响。 典型的全球移动通信系统(GSM)的信号测量如图1所示，它清楚地标明了重要的控制参数设置和测量结果。IFR2399型频谱分析仪利用彩色游标来加亮测量区域，此例中，被加亮的测量区域是占用信道和上下两个相邻信道的中心50kHz频带。 显示的水平轴(频率轴)中心频率为900MHz，扫频频宽为1MHz，而每一小格代表l00kHz。顶部水平线表示0dBm，垂直方向每一格代表10dB。信号已经被衰减了10dB，测量显示的功率电平已考虑了此衰减。 图1 GSM信道带宽显示和功率测量 GSM是以两个25MHz带宽来传送的：从移动发射机到基站采用890MHz到915MHz，从基站到移动接收机采用935MHz到960MHz。这个频带被细分为多个200kHz信道，而第50个移动发送信道的中心频率为900MHz，如图1所示。该信号很明显是未调制载波，因为它的频谱很窄。实际运用中，一个GSM脉冲串只占用200kHz稍多一点的信道带宽。 按照GSM标准，在发送单个信道脉冲串时，时隙持续0.58ms，而信道频率以每秒217次的变化速率进行慢跳变，再加上扫频仪1.3s的扫描时间，根据这些条件可以判定这是一个没有时间和频率跳变的静态测试，没有迹象表明900阳z的信号是间断信号。 为了保证良好的清晰度，选用1kHz的分辨带宽(RBW)滤波器。较新的频谱分析仪中的模拟滤波器的形状系数(3dB：60dB)为11，意思是60dB时滤波器带宽(从峰值衰减60dB)是3dB时滤波器带宽(从峰值衰减3dB)的11倍，即11kHz比1kHz。 与此相比，数字滤波器的形状系数还不到5。例如一个3dB带宽为50kHz的带通滤波器，其60dB带宽只有60kHz，这几乎是矩形通带。它保证在计算平均功率时只含有50kHz以外区域很小一点的功率。作为对比，如果分辨带宽RBW50kHz，使用前面提及的模拟滤波器而不是数字滤波器，其60dB带宽将为550kHz。 标记1处的信号电平是4.97dBm。为了使噪声背景出现在屏幕上，显示轨迹线已向上偏移了10dB(在图中不易察觉)，这是由于信号峰值被预先衰减10dB使其不超过顶部水平线，这也是信号峰值读数比参考电平高的原因。 图中，主信道功率(CHP)读数为7.55dBm，与峰值(标记1处)的读数4.978m不一致，其原因就是主信道功率是在50kHz测量带宽内计算的，而标记1的读数是峰值。公式1定义了在整个带宽内计算主信道功率的方法。 其中， CHPwr：信道功率，单位dBm CHBW：信道带宽 Kn：噪声带宽与分辨带宽之比 N：信道内象素的数目 Pi：以1mW为基准的电平分贝数(dBm)
电机振动异常的识别与诊断 一、三相交流电机定子异常产生的电磁振动 三相交流电机在正常运转时，机座上受到一个频率为电网频率2倍的旋转力波的作用，而可能产生振动，振动大小与旋转力波的大小和机座的刚度直接有关。 定子电磁振动异常的原因： ①定子三相磁场不对称，如电网三相电压不平衡。因接触不良和断线造成单相运行，定子绕组三相不对称等原因，都会造成定子磁场不对称，而产生异常振动。 ②定子铁心和定子线圈松动将使定子电磁振动和电磁噪声加大。 ③电磁底脚线条松动，相当于机座刚度降低使定子振动增加。 定子电磁振动的特征： ①振动频率为电源频率的2倍，F=2f ②切断电源，电磁振动立即消失 ③振动可以在定子机座上和轴承上测得 ④振动强度与机座刚度的负载有关 二、气隙静态偏心引起的电磁力 电机定子中心与转子轴心不重合时，定、转子之间气隙将会出现偏心现象，偏心固定在一个位置上，在一般情况下，气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10%是允许的，过大的偏心值产生很大的单边磁拉力。 气隙静态偏心产生的原因： ①电磁振动频率是电源频率的2倍F=2f。 ②振动随偏心值的增大在增加，随负载增大而增加。 ③断电后电磁振动消失。 ④静态偏心产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动非常相似，难以区别。 三、气隙动态偏心引起电磁振动 偏心的位置对定子是不固定的，对转子是固定的，因此偏心的位置随转子而转动。 气隙动态偏心产生的原因： ①转子的转轴弯曲 ②转子铁心与转轴或轴承不同心。 ③转子铁心不圆 气隙动态偏心产生电磁振动的特征； ①转子旋转频率和定子磁场旋转频率的电磁振动都可能出现。 ②电磁振动的振幅随时间变化而脉动（振），脉动的频率为2sf,周期为1/2sf 当电动机负载增加，S加大，其脉动节拍加快。 ③电动机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。 ④断电后，电磁振动消失，电磁噪声消失。 四、转子绕组故障引起的电磁振动 笼形电机笼条断裂，绕组异步电机由于转子回路电气不平衡都将产生不平衡电磁力。 转子绕组故障产生的原因： ①笼条铸造质量不良，产生断条和高阻。
频谱分析仪基础知识性能指标及实用技巧 频谱分析仪是用来显示频域幅度的仪器，在射频领域有“射频万用表”的美称。在射频领域，传统的万用表已经不能有效测量信号的幅度，示波器测量频率很高的信号也比较困难，而这正是频谱分析仪的强项。本讲从频谱分析仪的种类与应用入手，介绍频谱分析仪的基本性能指标、操作要点和使用方法，供初级工程师入门学习；同时深入总结频谱分析仪的实用技巧，对频谱分析仪的常见问题以Q/A的形式进行归纳，帮助高级射频的工程师和爱好者进一步提高。 频谱分析仪的种类与应用 频谱分析仪主要用于显示频域输入信号的频谱特性，依据信号方式的差异分为即时频谱分析仪和扫描调谐频谱分析仪两种。完成频谱分析有扫频式和FFT两种方式：FFT适合于窄分析带宽，快速测量场合；扫频方式适合于宽频带分析场合。 即时频谱分析仪可在同一时间显示频域的信号振幅，其工作原理是针对不同的频率信号设置相对应的滤波器与检知器，并经由同步多工扫瞄器将信号输出至萤幕，优点在于能够显示周期性杂散波的瞬时反应，但缺点是价格昂贵，且频宽范围、滤波器的数目与最大多工交换时间都将对其性能表现造成限制。 扫瞄调谐频谱分析仪是最常用的频谱分析仪类型，它的基本结构与超外差式器类似，主要工作原理是输入信号透过衰减器直接加入混波器中，可调变的本地振荡器经由与CRT萤幕同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率，再将混波器与输入信号混波降频后的中频信号放大后、滤波与检波传送至CRT萤幕，因此CRT萤幕的纵轴将显示信号振幅与频率的相对关系。 基于快速傅立叶转换（FFT）的频谱分析仪透过傅立叶运算将被测信号分解成分立的频率分量，进而达到与传统频谱分析仪同样的结果。新型的频谱分析仪采用数位，直接由类比/数位转换器（ADC）对输入信号取样，再经傅立叶运算处理后而得到频谱分布图。 频谱分析仪透过频域对信号进行分析，广泛应用于监测电磁环境、无线电频谱监测、电子产品电磁兼容测量、无线电发射机发射特性、信号源输出信号品质、反无线窃听器等领域，是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具，特别针对无线通讯信号的测量更是必要工具。另外，由于频谱仪具有图示化射频信号的能力，频谱图可以帮助我们了解信号的特性和类型，有助于最终了解信号的调制方式和机的类型。在军事领域，频谱仪在电子对抗和频谱监测中
频谱分析仪的使用方法 13MHz信号。一般情况下，可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否，以及信号的幅度是否正常，然而，却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常，用频率计可以确定13MHz电路信号的有无，以及信号的频率是否准确，但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而，使用频谱分析仪可迎刃而解，因为频谱分析仪既可检查信号的有无，又可判断信号的频率是否准确，还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号，特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。 另外，数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的，所以在待机状态下，频率计很难测到射频电路中的信号，对于这一点，应用频谱分析仪不难做到。 一、使用前须知 在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作一简要介绍。 1．分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对量，分贝对功率、电压、电流的定义如下： 分贝数：101g(dB) 分贝数=201g(dB) 分贝数=201g(dB) 例如：A功率比B功率大一倍，那么，101gA／B=10182’3dB，也就是说，A功率比B功率大3dB， 2．分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为： 分贝毫瓦=101g(dBm) 例如，如果发射功率为lmw，则按dBm进行折算后应为：101glmw／1mw=0dBm。如果发射功率为40mw，则10g40w／1mw--46dBm。 二、频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下，惠普的频谱分析仪性能最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多，其价格却便宜得多。 下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1．性能特点 AT5010最低能测到2.24uv，即是-100dBm。一般示波器在lmv，频率计要在20mv以上，跟频谱仪比相差10000倍。如用频率计测频率时，有的频率点测量很难，有的频率点测最不准，频率数字显示不稳定，甚至测不出来。这主要足频率计灵敏度问题，即信号低于20mv频率计就无能为力了，如用示波器测量时，信号5％失真示波器看不出来，在频谱仪上万分之一的失真都能看出来。
实时频谱分析仪（RTSA），这是基于快速傅利叶（FFT）的仪表，可以实时捕获各种瞬态信号，同时在时域、频域及调制域对信号进行全面分析，满足现代测试的需求。 一、实时频谱分析仪的工作原理 在存在被测信号的有限时间内提取信号的全部频谱信息进行分析并显示其结果的仪器主要用于分析持续时间很短的非重复性平稳随机过程和暂态过程，也能分析40兆赫以下的低频和极低频连续信号，能显示幅度和相位。 傅里叶分析仪是实时式频谱分析仪，其基本工作原理是把被分析的模拟信号经模数变换电路变换成数字信号后，加到数字滤波器进行傅里叶分析；由中央处理器控制的正交型数字本地振荡器产生按正弦律变化和按余弦律变化的数字本振信号，也加到数字滤波器与被测信号作傅里叶分析。正交型数字式本振是扫频振荡器，当其频率与被测信号中的频率相同时就有输出，经积分处理后得出分析结果供示波管显示频谱图形。正交型本振用正弦和余弦信号得到的分析结果是复数，可以换算成幅度和相位。分析结果也可送到打印绘图仪或通过标准接口与计算机相连。 二、实时频谱分析仪中的数字信号处理技术 1. IF 数字转换器 一般会数字化以中间频率(IF)为中心的一个频段。这个频段或跨度是可以进行实时分析的最宽的频率范围。在高IF 上进行数字转换、而不是在DC 或基带上进行数字转换，具有多种信号处理优势(杂散性能、DC抑制、动态范围等)，但如果直接处理，可能要求额外的计算进行滤波和分析。 2. 采样 内奎斯特定理指出，对基带信号，只需以等于感兴趣的最高频率两倍的速率取样 3. 具有数字采集的系统中触发 能够以数字方式表示和处理信号，并配以大的内存容量，可以捕获触发前及触发后发生的事件。数字采集系统采用模数转换器(ADC)，在深内存中填充接收的信号时戳。从概念上说，新样点连续输送到内存中，最老的样点将离开内存。
噪声频谱分析仪操作规程 一、测量前准备 1. 装电池：5节5号干电池，如果连续测定8小时以上，使用高能碱性电池。 如使用外接电源，请注意正负极性。 2. 装传感器：将传感器对准前置级头子螺纹口顺时针旋紧。 3. 通电检查：开启电源开关，显示器应显示A声级，F快特性，显示模拟表针刻度，如果在左上角出现“Batt”，表示电池不足，应及时更换电池，此时显示的数据随声压而变化表示正常。 4. 声校准：将声级校准器（94dB、1kHz）配合在传声器上，开启校准器电源，声级计计权设置A或Lin，声压读数应是93.8dB，否则调节声级计右侧面灵敏度调节电位器，校准完成后取下校准器。 二、瞬时声级测量 1. 打开开关,选择快慢档,所显示的数值即为瞬时声压（A声级） 2. 按保持键则读数为最大声压（A声级） 三、测量时间设置 1. 按［定时］进入设定方式，再按［定时］，测量时间依次为10s→1m→5m →10m→15m→20m→1h→8h→24h→Man→10s变化，若设定在1m时停止按键，表示自动测量时间为1分钟，其余类似。 2. 测量运行：设定好测量时间，按［运行］进入自动测量状态。显示“RUN”标记，到预定时间结束，“RUN”标记消失，显示“PAUSE”暂停标记。 3. 读取数据：按［选择］，数据依次调出显示Leq→SD→Lmax→L95→L90→L50→L10→L5→Leq 四、频谱测量方法 1. 手动方式 ［复位］→［计权］→显示“Lin”→［频率］→显示“.”表示1/1中心频率→［定时］设定测量时间→［运行］→显示“PUASE”读数为声压级 2. 自动测量 ［复位］→［计权］→显示“Lin”→［定时］设定测量时间→连续按［频率］→直到1/1中心频率点全部选通，显示“.”→［运行］→自动测量自动记
标题：基于MATLAB的声音信号频谱分析仪设计 2009-05-17 13:49:14 基于MATLAB的声音信号频谱分析仪设计 1．概述 随着软硬件技术的发展，仪器的智能化与虚拟化已成为未来实验室及研究机构的发展方向[1]。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。基于计算机软硬件平台的虚拟仪器可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等[2]。从发展史看，电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器，由于计算机性能的飞速发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来连锅端的技术更新速率。目前已经有许多较成熟的频谱分析软件，如S pectraLAB、RSAVu、dBFA等。 声卡是多媒体计算机最基本的配置硬件之一，价格便宜，使用方便。MATLAB是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，他的数据采集工具箱为实现数据的输入和输出提供了十分方便的函数和命令[3]。本文将给出基于声卡与MATLAB的声音信号频谱分析仪的设计原理与实现方法，功能包括： (1) 音频信号信号输入，从声卡输入、从WAV文件输入、从标准信号发生器输入； (2) 信号波形分析，包括幅值、频率、周期、相位的估计，以及统计量峰值、均值、均方值和方差的计算； (3) 信号频谱分析，频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱、实频谱、虚频谱和功率谱的曲线。 2．设计原理2.1波形分析原理2.1.1 信号频率、幅值和相位估计 (1)频率(周期)检测 对周期信号来说，可以用时域波形分析来确定信号的周期，也就是计算相邻的两个信号波峰的时间差、或过零点的时间差。这里采用过零点(ti)的时间差T(周期)。频率即为f = 1/T，由于能够求得多个T值(ti有多个)，故采用它们的平均值作为周期的估计值。 (2)幅值检测 在一个周期内，求出信号最大值y max与最小值y min的差的一半，即A = (y max- y min)/2，同样，也会求出多个A值，但第1个A值对应的y max和y min不是在一个周期内搜索得到的，故以除第1个以外的A值的平均作为幅值的估计值。 (3)相位检测 采用过零法，即通过判断与同频零相位信号过零点时刻，计算其时间差，然后换成相应的相位差。φ=2π(1-t i/T)，{x}表示x的小数部分，同样，以φ的平均值作为相位的估计值。 频率、幅值和相位估计的流程如图1所示。
在实验室和车间最常用的信号测试仪器是电子示波器。人的思维对时间概念比较敏感,每时每刻都与时域事件发生联系,但是信号往往以频率形式出现,用示波器观察最简单的调幅载波信号也不方便,往往显示载波时看不清调制仪,屏幕上获得的是三条谱线,即载频和在载频左右的调制频。调制方式越复杂,电子示波器越难显示,频谱分析器的表达能力强,频谱分析仪是名副其实的频域仪器的代表。沟通时间一频率的数字表达方法就是傅里叶变换,它把时间信号分解成正弦和余弦曲线的叠加,完成信号由时间域转换到频率域的过程。 早期的频谱分析仪实质上是一台扫频接收机,输入信号与本地振荡信号在混频器变频后,经过一组并联的不同中心频率的带通滤波器,使输入信号显示在一组带通滤波器限定的频率轴上。显然,由于带通滤波器由无源元件构成,频谱分析器整体上显得很笨重,而且频率分辨率不高。既然傅里叶变换可把输入信号分解成分立的频率分量,同样可起着滤波器类似的作用,借助快速傅里叶变换电路代替低通滤波器,使频谱分析仪的构成简化,分辨率增高,测量时间缩短,扫频范围扩大,这就是现代频谱分析仪的优点了。 矢量信号分析仪是在预定,频率范围内自动测量电路增益与相应的仪器,它有内部的扫频频率源或可控制的外部信号源。其功能是测量对输入该扫频信号的被测电路的增益与相位,因而它的电路结构与频谱分析仪相似。频谱分析仪需要测量未知的和任意的输入频率,矢量信号分析仪则只测量自身的或受控的已知频率;频谱分析仪只测量输入信号的幅度(标量仪器),矢量信号分析仪则测量输入信号的幅度和相位(矢量仪器)。由此可见,矢量信号分析仪的电路结构比频谱分析仪复杂,价位也较高。现代的矢量信号分析仪也采用快速傅里叶变换,以下介绍它们的异同。 频谱分析议和FFT颁谱分析议 传统的频谱分析仪的电路是在一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经下变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。 但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,首先,它只适于测量稳态信号,不适宜测量瞬态事件;第二,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器而不是矢量仪器;第三,它需要多种低频带通滤波器,获得的测量结果要花费较长的时间,因此被视为非实时仪器。 既然通过傅里叶运算可以将被测信号分解成分立的频率分量,达到与传统频谱分析仪同样的结果,出现基于快速傅里叶变换(F盯)的频谱分析仪。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。据此可知,这种频谱分析仪亦称为实时频谱分析仪,它的频率范围受到ADC采集速率和FFT运算速度的限制。
频谱分析仪操作规范 一、设置 1 打开ON/OFF开关 2 设置频率范围，即图形界面的横坐标，选择按下正下方一排键中的FREQ/SPAN 键，右上方的CENTER键，此处设置为930MHZ,再选择频谱的宽度，此处可以选择7MHZ（频谱宽度的选择只要是能包含所要测试信号的所有频段，可根据情形而定）。此处也可选择START和STOP键设置你所需要的起始和终止频率。 3 设置信号的振幅，即图形界面的纵坐标，按下最下排功能键AMPLITUDE键，选择右上方REF LEVEL设置参考电平值，此处设置为10dbm,然后按下SCALE键设置电平值的间隔，此处可以取值为10db.然后在设置UNITS键，单位为dbm,最后选中ATTEN键，设置衰减值，此处的值选择手动设置，其值比参考电平的二倍大一些，如可以选择30. 4 设置带宽参数，选中最下方的功能键中的BW/SWEEP键，设置带宽参数值，选择RBW键，设置扫描带宽的宽度，此处的值定要小于信号频点的最小间隔值，建议取值为30khz,如果仅测试一束波形，此处可以忽略设置。 二测试流程 到此基本所需要的参数设置完毕，可以对信源进行测试啦，我们所要测试的数据主要从两点入手， （一） MU侧信号电平值的测试 1）测试HDL输出地电平值，理论值趋近于0dbm,用双工头1/2跳线于频谱仪的RF口对接，打开频谱仪开关，按回车，在屏幕显示出波形图，再按回车，然后按MARKER 键，选中M1（此时M1是出于ON状态，其他的M处于OFF状态），再选择MARKER TO PEAK 键读取此时的峰值，就是你所要测试的信号电平值。然后按下回车键正下方的SINGLE CONT键锁定峰值，如需要可以将其保存下来，按下SAVE DISPLY 键将其保存为容易识别的名字。以此类推，分别测试光模块的主备信号值，和从信号的电平值，测试光模块主备信号值时射频跳线接在IN口对应点，测量从信号时射频线接在从光模块对应的IN（如有衰减器，测量时包含在内）口处，测试结果两者之间的差值在6db左右。
高速旋转机械的振动频谱分析 一、前言我公司绝大多数关键设备为旋转机械设备，如各类风机、空压机、大型电机等。设备的日常维护和安装调试过程中，经常遇到因剧烈振动而无法正常生产的情况，而振动的原因错综复杂，仅靠耳听、手摸的原始方法，很难全面准确的分析判断故障的原因。采用先进的设备状态检测和故障诊断技术，通过振动检测掌握各类设备在一定时期的运行状态，为从事设备维护、安装、调试的工程技术人员提供一套完整的设备运行状态资料，根据这些资料进行数据分析，可以准确的分析判断故障原因，缩短检修工期，合理的安排关键设备的预防维修计划，从而避免因突发性设备故障而造成的经济损失，确保产生的顺利进行。 二、采用故障诊断技术处理设备故障的几个实例 1．氧气厂2＃DA350一61型空压机组振动故障的处理氧气厂DA350～61型空压机是制氧机的动力设备，机组进行是否正常，直接关系到第一炼钢厂的生产，是总公司的关键设备。1999年4月份，该机组借第一炼钢厂停产机会，解体大修，组装后试车时，机组振动超标，无法正常运行，严重影响检修工期。如解体检查至少需要3天的时间，况且对能否检查到故障点也没有十分把握。于是我们利用NG 一8902多通道数据采集故障诊断系统，对该机组进行了全面的测试。(1)空压机组的测点布置如图1所示。(2) 机组的测试情况（取振动值最大的方向）见表1 测点振动值，mm/s 特征频率，Hz 1 S(水平)0.12 50 2 S(水平)0.14 50 3 C(垂直)0.344 146 4 C(垂直)0.776 146 5 C(垂直)0.28 146 6 C(垂直)0.577 146 7 C(垂直)2.79 146 8 C(垂直)8.25 146 由表1可见，1#、2#、3#、4#、5#、6#测点，振动情况良好。7#、8#测点振动速度超标，8#测点振值8.25mm/s，严重超标，7#、8#测点的轴向振动谱图如图2、图3又测量了7#、8#测点的振动加速度，见表2(取振动值最大的方向)。测点振动速度值，mm/s 特征频率，Hz 8#瓦S(水平)5.67 2487 C(垂直)12.67 2625 Z(轴向)14.61 2625 7#瓦 S(水平)1.58 438 C(垂直)1.66 146 Z(轴向)11.24 2625 根据以上的振动测量及频谱图分析，空压机组的振动故障分析如下：3#、4#、5#、6#测点振动速度良好，说明大小齿轮运行状态正常，振源不在大小
频谱泄露的分析及其处理方法 在现代信号处理中，由于信号的频域分析比时域分析具有更加清晰的物理概念和深刻含义，因而在信息技术领域中，FFT运算和频谱分析是一种常用的分析手段。对信号进行频谱分析首先需要通过信号的傅里叶变换计算出信号对应的频谱函数，但是由于实际应用中接触到的大量非周期连续信号x(t)的频谱函数X(j ω)是连续函数，利用计算机对其进行频谱分析时往往需要对信号进行离散化处理以近似分析相应的频谱。在离散化处理过程中由于被处理信号的有限记录长度和时域、频域的离散性往往造成在频谱分析中会出现一些特殊的效应，例如混叠现象、泄漏现象以及栅栏现象，频谱泄漏就是这样出现的。 一．频谱泄漏的分析 所谓频谱泄露，就是信号频谱中各谱线之间相互影响，使测量结果偏离实际值，同时在谱线两侧其他频率点上出现一些幅值较小的假谱，导致频谱泄漏的原因是采样频率和信号频率的不同步，造成周期采样信号的相位在始端和终端不连续。 设X(t)为实际信号，T0为信号周期，f0=1/T0为信号频率，Ts为采样周期，fs=1/Ts为采样频率，L是截取的周期数，N是采样点数，L、N均为正整数，X(t)经过长度为LT0的时间窗后得到离散序列X(n)，必须满足采样频率和信号频率同步，即同步采样的要求: LT0/Ts=Nfs/f0。 当信号X(t)的频率f0是fs/N的整数倍时，这说明在处理长度NT内有信号的K个整周期。这时由X(t)构成的以NT为周期的周期性信号是连续的。当信号X(t)的频率f0不是fs/N的整数倍时，则在NT的处理长度内，就不是恰好为信号周期的整数倍，有X(t)以NT为周期进行周期延拓所得到的周期性信号就出现了不连续点，造成了频谱分量从其正常频谱扩展开来，就这样形成了频谱泄漏现象。 在对信号做FFT分析时，如果采样频率固定不变，由于被采样信号自身频率的微小变化以及干扰因素的影响，就会使数据窗记录的不是整数个周期。从时域来说，这种情况在信号的周期延拓时就会导致其边界点不连续，使信号附加了高频分量；从频域来说，由于FFT算法只是对有限长度的信号进行变换，有限长度信号在时域相当于无限长信号和矩形窗的乘积，也就是将这个无限长信号截短，对应频域的傅里叶变换是实际信号傅里叶变换与矩形窗傅里叶变换的卷积。
频谱分析是观察和测量信号幅度和信号失真的一种快速方法，其显示结果可以直观反映出输入信号的傅立叶变换的幅度。信号频域分析的测量范围极其宽广，超过140dB，这使得频谱分析仪成为适合现代通信和微波领域的多用途仪器。频谱分析实质上是考察给定信号源，天线，或信号分配系统的幅度与频率的关系，这种分析能给出有关信号的重要信息，如稳定度，失真，幅度以及调制的类型和质量。利用这些信息，可以进行电路或系统的调试，以提高效率或验证在所需要的信息发射和不需要的信号发射方面是否符合不断涌现的各种规章条例。 现代频谱分析仪已经得到许多综合利用，从研究开发到生产制造，到现场维护。新型频谱分析仪已经改名叫信号分析仪，已经成为具有重要价值的实验室仪器，能够快速观察大的频谱宽度，然后迅速移近放大来观察信号细节已受到工程师的高度重视。在制造领域，测量速度结合通过计算机来存取数据的能力，可以快速，精确和重复地完成一些极其复杂的测量。 有两种技术方法可完成信号频域测量（统称为频谱分析）。 1．FFT分析仪用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，可提供频率；幅度和相位信息。这种仪器同样能分析周期和非周期信号。FFT 的特点是速度快；精度高，但其分析频率带宽受ADC采样速率限制，适合分析窄带宽信号。 2．扫频式频谱分析仪可分析稳定和周期变化信号，可提供信号幅度和频率信息，适合于宽频带快速扫描测试。
图1 信号的频域分析技术 快速傅立叶变换频谱分析仪 快速傅立叶变换可用来确定时域信号的频谱。信号必须在时域中被数字化，然后执行FFT算法来求出频谱。一般FFT分析仪的结构是：输入信号首先通过一个可变衰减器，以提供不同的测量范围，然后信号经过低通滤波器，除去处于仪器频率范围之外的不希望的高频分量，再对波形进行取样即模拟到数字转换，转换为数字形式后，用微处理器（或其他数字电路如FPGA,DSP）接收取样波形，利用FFT计算波形的频谱，并将结果记录和显示在屏幕上。 FFT分析仪能够完成多通道滤波器式同样的功能，但无需使用许多带通滤波器，它使用数字信号处理来实现多个独立滤波器相当的功能。从概念上讲，FFT方法
HS6288B型噪声频谱分析仪技术说明书 一、概述 HS6288B型噪声频谱分析仪是一种袖珍式的智能化噪声测量仪器，它集积分、噪声统计、噪声采集等几种功能于一体，主要性能指标符合IEC61672标准和JJG188－2002声级计检定规程对2级声级计的规定要求。 HS6288B具有大屏幕液晶显示、时钟设置、自动测量并存储测量数据等特点，最多可存储500组单组数据、4组整时数据和50组滤波器自动测量数据，并且可以通过RS-232C口把数据传输给HS4784打印或传输给计算机进行处理，在设计上有许多创新，能满足多种测量要求。 本仪器结构紧凑、造型美观、功能多、自动化程度高，可广泛应用于环保、工厂、学校、科研等部门进行噪声测量及分析。 二、主要技术指标 1．传声器：1/2英寸驻极体测试电容传声器（HS14423） 2．测量范围：35dB～130dB(A、C)； 40dB～130dB(Lin) 3．频率计权：20Hz～10kHz 4．时间计权：F( 快 )、 S( 慢 ) 5．滤波器：1/1倍频程 6．自动测量功能：Leq、LAE、SD、LN（L95、L90、L50、L10、L5）、Lmax、Lmin、Ldn、Ld、Ln。 7．测量时间设定：Man、10s、1m、5m、10m、15m、20m、1h、8h、24h、24h整时测量。 8．时钟：年、月、日、时、分、秒设置运行。 9．测量数据自动存储：共500组单组数据，4组整时数据和50组滤波器自动测量数据。 10．接口：分析仪通过RS-232C将数据传输给HS4784打印或传输给计算机处理。 11．校准：使用HS6020校准至93.8dB。 12．显示器：使用专门为噪声测量仪器设计的LCD显示器。 13．电源：使用+9V外接电源(外+内-)，或者用5节5号高能碱性电池。
是德科技 频谱分析基础 应用指南 150
谨以本应用指南献给是德科技的 Blake Peterson。 Blake 在惠普和是德科技效力 45 年之久，为全球各地的客户提供最出色的技术支持。Blake 长期负责向新入行的市场和销售工程师传授有关频谱分析仪技术的基础知识，以便为他们学习和掌握更高深的技术打下良好的基础。工程师们把他视为频谱分析领域的良师益友和具有突出贡献的技术专家。 Blake 的众多成就包括： –著作首版《频谱分析基础》应用指南，并参与后继版本的编撰 –帮助推出 8566/68 频谱分析仪，开启现代频谱分析新时代；以及 PSA 系列频谱分析仪，在问世时为业界树立全新性能标杆 –提议创办 Blake Peterson 大学—为是德科技所有新入职的工程师提供必要的技术培训 为了表彰他的出色成就和重要贡献，《Microwaves & RF》杂志将首座 2013 年当代传奇奖 （Living Legend Award）特别授予 Blake。
第 1 章 – 引论 – 什么是频谱分析仪？ (5) 频域对时域 (5) 什么是频谱？ (6) 为什么要测量频谱？ (6) 信号分析仪种类 (8) 第 2 章 – 频谱分析仪原理 (9) 射频衰减器 (10) 低通滤波器或预选器 (10) 分析仪调谐 (11) 中频增益 (12) 信号分辨 (13) 剩余FM (15) 相位噪声 (16) 扫描时间 (18) 包络检波器 (20) 显示 (21) 检波器类型 (22) 取样检波 (23) （正）峰值检波 (24) 负峰值检波 (24) 正态检波 (24) 平均检波 (27) EMI 检波器：平均值和准峰值检波 (27) 平滑处理 (28) 时间选通 (31) 第 3 章 – 数字中频概述 (36) 数字滤波器 (36) 全数字中频 (37) 专用数字信号处理集成电路 (38) 其他视频处理功能 (38) 频率计数 (38) 全数字中频的更多优势 (39) 第 4 章 – 幅度和频率精度 (40) 相对不确定度 (42) 绝对幅度精度 (42) 改善总的不确定度 (43) 技术指标、典型性能和标称值 (43) 数字中频结构和不确定度 (43) 幅度不确定度示例 (44) 频率精度 (44)
简易频谱分析仪[2005年电子大赛二等奖] 文章来源：凌阳科技教育推广中心 作者：国防科技大学李楠刘亮李俊发布时间：2006-8-30 11:46:44 摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。 关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪 一、方案论证 频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较： 方案一：模拟式频谱分析仪 模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：
图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图 图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号（），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度，尤其是在对频谱信息的存储和分析上，逊色于新兴的数字化频谱仪方案。 方案二：数字式频谱分析仪 数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图1.2： 图 1.2 数字式频谱仪组成框图 按照对信号处理方式的不同，数字式频谱仪可分为以下三种： (1)基于FFT技术的数字频谱仪： 这种频谱仪利用快速傅里叶变换可以将被测信号分解成分立的频率分量，达到与传统频谱分析仪同样的结果。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱分布图。FFT技术的数字式频谱分析仪在速度上明显超过传统的模拟式频谱分析仪，能够进行实时分析。但由于FFT所取的是有限长度，运算的点数也是有限的，因此，实现高扫频宽度和高频率分辨率需要高速A/D转换器和高速数字器件的配合。
《JJG 173-2003信号发生器检定规程》 培训大纲（含方法确认内容） 《JJG 173-2003 信号发生器检定规程》于2003年11月24日发布，代替原有的《JJG 173-1986 XFG-6A型标准信号发生器检定规程》、《JJG 174-1985 XFG-7型高频信号发生器检定规程，JJG 324-1983 XG26型超高频功率信号发生器检定规程》、《JJG 325-1983 XFC-1型超高频标准信号发生器检定规程》、《JJG 339-1983 XB33型超微波信号发生器检定规程》和《JJG 438-1986 XG标准信号发生器检定规程》6个检定规程。 原有检定规程的对象是针对具体型号的发生器编制的，因此每个旧规程的频率范围都较窄；被检参数大致可归纳为如下6个：频率、功率、电平(含衰减)、调幅、调频和调相。新规程除了上述参数外，增加了频谱纯度（单边带相位噪声、谐波）参数的检定。《JJG 173-2003 信号发生器检定规程》适用于5kHz～40GHz频率范围(具体实施可根据被检信号发生器的实际性能分频段进行检定)。 环境条件要求 5.1.1 《JJG 173-2003 信号发生器检定规程》规定的环境条件： 1)环境温度：(20±5)?C（与旧规程相同）。 2)相对湿度：≤ 80％（旧规程为45％～75％）。 3)电源电压：220(1±5)V，(50±1)Hz（旧规程为220V±2％，50Hz）。采用交流电子稳压器达到。 4)周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。 仪器设备配置及被测参数介绍 5.1.2 检定用仪器设备 1) 参考频率 采用本计量中心的《铯原子频率标准装置》(（2004）量标省授证字第074号)，在1，2，2.5，5和10MHz频率，测量频率准确度和稳定度的扩展不确定度都为4.4×10-12(k=2)，可以满足检定规程“5.2.3 内部晶体振荡器的检定”要求。测量不确定度评定参见《频率测量不确定度评定》。 2) 频率计 采用本计量中心的HP53132A型、Agilent 5340A型和53152A型频率计，可以覆盖30mHz～50GHz，测量频率的扩展不确定度为5.8×10－9(k=2)；利用HP5071A型铯原子频率标准作为外部频标，测量频率的扩展不确定度为4.4×10－12(k=2)。可以满足检定规程“5.2.4 频率准确度的检定”和“5.2.19内调制发生器频率准确度的检定”要求。测量不确定度评定参见《频率测量不确定度评定》。 3) 测量接收机 采用本测量中心的《信号发生器检定装置》(（2002）国防计标证1714号)，频率范围覆盖到20GHz，电平测量范围和准确度为：＋30dBm～－127 dBm（f ≤ 1.3 GHz），＋30dBm～－100 dBm（f > 1.3 GHz）