频域测量

基础电路实验报告实验名称:电路频域特性的测量——电压传输比一、实验目的（1） 掌握电压传输比频率特性的两种测量表示方法。

（2） 了解低通和高通滤波器的频率特性。

二、 实验原理 由于)()(g )(H 1221212CH CH CH CH CH CH S V V V V V V ϕϕωω-∠====&&&&&& 所以⎪⎩⎪⎨⎧-==1212)(g CH CH gainCH CH V V ϕϕϕω&& 信号源频率可以根据需要选取一定的变化范围，并按一定间隔选取，然后根据测量数据画出幅频特性和相频特性曲线。

在测量频率特性时，应当先粗略观察一下频率特性的变化规律，在特性弯曲较大的区域应适当增加测量频率点，然后设计好记录表格再进行逐点测量。

转移函数是电路的固有特性，对于某一信号频率，转移函数不会随输人激励幅度的变化而变化。

由于信号源内阻的影响，被测电路输入阻抗随频率变化将导致通道1的幅度也会随频率变化，所以，在测量过程中需要监测通道1的测量数据。

一般可以在测量每个频率点时，调整信号源幅度，使每个频率点输入到电路激励的幅度恒定，便于比较和计算。

当测量转移电压比时，可以将输入电压幅度调整为1V 或者0dB，此时测量的输出电压幅度值就是该转移电压比，可以减少后期的数据处理。

三、实验方案（1）测量一阶RC低通电路的频率特性一阶RC低通电路如图所示，图中R=5.1kΩ，C=0.047μF。

电路的输入端输入一个电平为0dBV的正弦信号，频率可选范围为50HZ~20kHZ。

按照实验图连接好电路图后，首先改变信号源的频率（从低到高），用毫伏表或示波器观测输出端电压的变化，粗略地看下电路是否具有低通特性，测量并记录-3dB截止频率。

然后逐点测量该低通电路的频率特性。

其幅频特性用“dB”表示，相频特性用“度”表示，所有原始测量数据均记录在自行设计的表格中。

（2）测量一阶RC高通电路的频率特性一阶RC低通电路如图所示，图中R=5.1kΩ，C=0.047μF。

第1篇一、实验目的1. 熟悉常用信号测量仪器的操作方法。

2. 掌握信号的时域和频域分析方法。

3. 学会运用信号处理方法对实际信号进行分析。

二、实验原理信号测量实验主要包括信号的时域测量、频域测量以及信号处理方法。

时域测量是指对信号的幅度、周期、相位等参数进行测量；频域测量是指将信号分解为不同频率成分，分析各频率成分的幅度和相位；信号处理方法包括滤波、放大、调制、解调等。

三、实验仪器与设备1. 示波器：用于观察信号的波形、幅度、周期、相位等参数。

2. 频率计：用于测量信号的频率和周期。

3. 信号发生器：用于产生标准信号，如正弦波、方波、三角波等。

4. 滤波器：用于对信号进行滤波处理。

5. 放大器：用于对信号进行放大处理。

6. 调制器和解调器：用于对信号进行调制和解调处理。

四、实验内容与步骤1. 时域测量（1）打开示波器，调整波形显示，观察标准信号的波形。

（2）测量信号的幅度、周期、相位等参数。

（3）观察不同信号（如正弦波、方波、三角波）的波形特点。

2. 频域测量（1）打开频率计，调整频率显示，测量信号的频率和周期。

（2）使用信号发生器产生标准信号，如正弦波，通过频谱分析仪分析其频谱。

（3）观察不同信号的频谱特点。

3. 信号处理方法（1）滤波处理：使用滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后信号的变化。

（2）放大处理：使用放大器对信号进行放大处理，观察放大前后信号的变化。

（3）调制和解调处理：使用调制器对信号进行调制，然后使用解调器进行解调，观察调制和解调前后信号的变化。

五、实验结果与分析1. 时域测量结果通过时域测量，我们得到了不同信号的波形、幅度、周期、相位等参数。

例如，正弦波具有平滑的波形，周期为正弦波周期的整数倍，相位为正弦波起始点的角度；方波具有方波形，周期为方波周期的整数倍，相位为方波起始点的角度；三角波具有三角波形，周期为三角波周期的整数倍，相位为三角波起始点的角度。

2. 频域测量结果通过频域测量，我们得到了不同信号的频谱。

时域测量与频域测量测量被测物件在不同时间的特性，即把它看成是一个时间的函数f(t)来测量，称为时域测量。

例如，对图中a的信号f(t)可以用示波器显示并测量它的幅度、宽度、上升和下降时间等参数。

把信号f(t)输入一个网络，测量出其输出信号f(t)，与输入相比较而求得网络的传递函数h(t)。

这些都属於时域测量。

对同一个被测物件，也可以测量它在不同频率时的特性，亦即把它看成是一个频率的函数S(ω)来测量，这称为频域测量。

例如，对信号f(t)可以用频谱分析仪显示并测量它在不同频率的功率分布谱S(ω)，如图b。

把这个信号输入一个网络,测量出其输出频谱S′(ω)，与输入相比较而求得网络的频率回应G（ω）。

这些都属於频域测量。

用一个频率可变的正弦（单频）信号作输入，测量出在不同频率时网络输出与输入功率之比，也得到G(ω)。

这仍然是频域测量。

时域与频域过程或回应，在数学上彼此是一对相互的傅里叶变换关系，这里*表示卷积。

时域测量与频域测量互相之间有唯一的对应关系。

在这一个域进行测量，通过换算可求得另一个域的结果。

在实际测量中，两种方法各有其适用范围和相应的测量仪器。

示波器是时域测量常用的仪器，便於测量信号波形参数、相位关系和时间关系等。

频谱分析仪是频域测量常用的仪器，便於测量频谱、谐波、失真、交调等。

1.最简单的解释频域就是频率域，平常我们用的是时域，是和时间有关的，这里只和频率有关，是时间域的倒数。

时域中，X轴是时间，频域中是频率。

频域分析就是分析它的频率特性！2. 图像处理中：空间域，频域，变换域，压缩域等概念！只是说要将图像变换到另一种域中，然後有利於进行处理和计算比如说：图像经过一定的变换（Fourier变换，离散yuxua DCT 变换），图像的频谱函数统计特性：图像的大部分能量集中在低，中频，高频部分的分量很弱，仅仅体现了图像的某些细节。

2.离散傅立叶变换一般有离散傅立叶变换和其逆变换3.DCT变换示波器用来看时域内容，频普仪用来看频域内容！！！时域是信号在时间轴随时间变化的总体概括。

实验6.2 电路频域特性的测量——电压传输比一、实验目的（1）掌握传输电压比频率特性的两种测量表示方法。

（2）了解低通和高通过滤器的频率特性。

二、实验仪器和器材信号发生器、示波器、毫伏表、实验箱。

三、实验内容1、测量一阶RC低通电路的频率特性。

电路如图，R=5.1kΩ，C=0.047uF。

电路的输入端输出一个电平为0dB的正弦信号，频率范围为50赫兹到20000赫兹。

连接好后，首先改变信号源的频率（从高到低），用毫伏表或示波器观测输出端电压的变化，粗略地看一下电路是否具有低通特性，测量并记录-3dB截止频率。

然后逐点测量该低通频率的频率特性。

2、测量一阶RC高通电路的频率特性。

如图连接好电路，首先改变信号源的频率（从高到低），用毫伏表或示波器观测输出端电压的变化，粗略地看一下电路是否具有高通特性，测量并记录-3dB截止频率。

然后逐点测量该高通电路的频率特性。

四、实验原理及实验数据1、RC低通电路的工作原理：若电源为交流电（f>0 ），电容导通，当电源频率由0变大时，电容两端电压由大变小，因而低通。

低通电路数据电平图相位差图2、RC高通电路的工作原理：若电源为交流电（f>0 ），电容导通，当电源频率由大变小时，电容两端电压由小变大，因而高通。

相位差图五、总结通过这次实验，让我明白了RC低通和高通电路的工作原理。

在实验过程中，让我发现了自己在电路理论知识方面的不足，促使我能够真正地把理论知识学好。

实验给了我们一个很好的把理论应用到实践的机会，让我们能够很好的把理论知识转化到实际能力，提高了对理论知识的理解与掌握。

在学习知识上面，本学期电分实验不想往届听老师讲解，而是全靠自己预习自学自己摸索，感觉对我们的自主学习钻研是种挑战，但同时也是锻炼。

第一章 概论1、电子测量：宽频率范围（直流到光波）信号和系统的特性参数。

信号特性参数：信号的波形、频谱、电压、功率、频率、相位、周期、时间间隔……系统特性参数：系统的瞬态响应、传递函数、电阻、电容、电感、电抗、导纳、Q 值、介电常数、导磁率、驻波比、反射系数、散射参数、衰减、群延迟……2、测量的基本要素：被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员、测量环境3、频域测量、时域测量、调制域测量 频域测量：以被测信号和系统在频率领域的特性为依据，研究的是被测对象的复数频率特性（包括幅频特性和相频特性），即信号的频谱和系统传递函数。

—稳态测量、加正弦测量 时域测量：以被测信号和系统在时间领域的特性为依据，研究的是被测对象的幅度-时间特性，即信号波形和系统的单位阶跃响应或单位冲激响应。

—瞬态测量、加脉冲测量调制域测量：研究的是被测对象的频率（时间间隔）-时间特性，连续测量被测信号的瞬时频率（时间间隔）。

4、信号≠波形：信号——被测对象的实际过程，客观存在波形——信号的表现形式，主观对客观的反映5、线性系统特点：（线性时不变系统还满足时不变特性）1）系统的模型方程具有线性属性（满足迭加原理）2）组成系统的元器件及电磁介质的参数值与独立变量无关 3）用n 阶常系数线性微分方程组描述激励与响应 4）满足卷积方程5）对微分方程进行傅立叶变换、拉普拉斯变换——可得到系统的传递函数☐ 系统输入扫频正弦信号，测量对应输出信号的幅值和相位——可得系统的频率特性 ☐ 系统输入单位脉冲信号——可得到时域脉冲响应函数 ☐ 频率为ω0的正弦波： 线性系统：正弦输入——正弦输出☐ 理想线性系统（无失真传输系统）——具有恒定的幅度和线性相位 y(t)=ax(t-t 0) 6、线性系统瞬态特性估计波形和测量系统中存在噪声——只能得到信号和系统的估计 线性系统瞬态响应估计——确定阶跃响应SR 和脉冲响应IR 单位脉冲信号和单位阶跃信号系统的输入x(t)为单位脉冲信号)(t δ时，此时系统输出响应就是脉冲响应（又称冲激响应） 当系统的输入x(t)为单位阶跃信号u(t)时，此时系统的输出响应称为阶跃响应 脉冲响应的积分为阶跃响应，反过来阶跃响应的微分就是脉冲响应7、直接获取系统瞬态响应的方法要求信号源、示波器、积分器、微分器及电缆、接头等都是理想的000()()()()()X Y H ωδωωωωδωω=-=-0()()j t Y ae X ωωω-=2）示波器输出的响应是系统各组成部分响应的合成结果——带来误差3）当系统各单元的响应时间远远小于（<<0.01）被测系统的响应时间时，误差一般<1% ——工程上视为理想的4）否则，误差增大：利用反卷积方法可以得到更准确的结果9、反卷积确定系统冲激响应的两种方法第二章 脉冲波形参数2、底量值、顶量值测定方法：密度分布平均数法；密度分布众数法；峰值法—适于窄脉冲3、RC 电路：过渡持续时间：系统带宽与过渡持续时间的关系： ω0为半功率点处的角频率，即3dB带宽4、高斯系统参数估计：1）高斯系统是物理上不可实现的系统，具有非因果的阶跃响应与脉冲响应 2）高斯函数具有一些人们期望的数学特性，对估计信号参数有用3）高斯系统时域与频域关系: 2.2 2.2D T RC τ==0002.2 2.20.352.22D T f f τωπ====0.34Df T=4）n 级高斯系统：方和根准则 （RSS 准则）5、示波器总的上升时间T 总上升时间=(T 12+T 22+…+T N 2)1/2 F 3dB =0.35/ T 总上升时间6、 非高斯系统参数估计1）当系统不是高斯系统时，RSS 准则的精度与脉冲特性偏离高斯分布的程度有关 2）当 T F ＞ ＞ T S 或波形的过冲和圆弧较小时，工程上认为RSS 准则仍然是的精确的第三章 快速变换与卷积（阅读PPT 为主）1、N 点的DFT 计算量：N 2次复数乘法X ，N （N-1）次复数加法+2、FFT（A ）时间抽取计算量：共需（N/2）log 2N 次乘，Nlog 2N 次加，共N/2个蝶形 DIT ：按在时域上输入序列次序的奇偶来抽取（分解）基本原理：DFT 的计算量正比于N 2，N 小，计算量也就小将大点数DFT 分解成若干小点数DFT 组合，减少运算 按时间序列奇偶抽取特点：原位计算、正序输出，倒序输入（码位倒序）、蝶形类型随迭代次数成倍增加 （B ）频率抽取：基本原理：DFT 的计算量正比于N 2，N 小，计算量也就小将大点数DFT 分解成若干小点数DFT 组合，减少运算 时间序列对半分特点：共有M=log 2N 级运算，N/2个蝶形运算；正序输入，倒序输出；原位运算；蝶形类型随迭代次数成倍减少3、实输入序列FFT ：同时计算两个实序列的FFT 算法；用N 点变换计算2N 个样本点的变换 采用DFT 或FFT ，作了如下处理：用离散采样信号的傅立叶变换来代替连续信号的频谱； 用有限长序列来代替无限长离散采样信号，所以DFT 或FFT 得到的是傅立叶变换的一种逼近形式。

时域法和频域法在测量RC电路时间常数时各有优缺
点
时域法和频域法在测量RC电路时间常数时各有优缺点。

1.时域法：
2.优点：可以直接观察电路的瞬态响应，不需要进行傅里叶变换。

可以得到
电流和电压的波形，易于理解电路的工作原理。

3.缺点：需要使用高速的采集设备，且电路中的噪声会对测量结果产生影响。

4.频域法：
5.优点：可以通过分析电路的频率响应来得到RC电路的时间常数。

可以测量
较宽频率范围内的响应，且测量精度较高。

6.缺点：需要使用傅里叶变换等复杂的数学工具，对于初学者可能不太容易
理解。

频域法的测量结果不如时域法直观，需要一定的解析能力。

综上所述，时域法和频域法各有其优缺点，可以根据实际需求选择合适的方法进行测量。

在选择测量方法时，还需要考虑到电路的复杂程度、噪声影响以及测量精度等因素。

传感器动态测量方法传感器是一种能够感知和测量特定物理量的装置，广泛应用于工业、医疗、军事等领域。

在许多应用中，我们需要对被测量对象的动态变化进行实时监测和测量，这就需要采用传感器动态测量方法。

本文将介绍几种常见的传感器动态测量方法，并探讨它们的优缺点。

一、时域动态测量方法时域动态测量方法是通过记录传感器输出信号的时间变化来获取被测量物理量的动态信息。

常见的时域动态测量方法包括脉冲响应法和时间序列分析法。

1. 脉冲响应法：这种方法通过给传感器施加一个脉冲信号，然后记录传感器输出信号的时间变化。

根据传感器的响应特性，可以推导出被测量物理量的动态变化规律。

脉冲响应法可以实现高精度的动态测量，但需要施加脉冲信号并对输出信号进行复杂的处理，因此操作较为复杂。

2. 时间序列分析法：这种方法通过对传感器输出信号进行时间序列分析，提取出信号的频率、幅值和相位等动态特征。

常用的时间序列分析方法包括傅里叶变换、小波变换和自相关分析等。

时间序列分析法可以从传感器输出信号中提取出丰富的动态信息，但对信号处理的要求较高，需要使用复杂的算法和工具。

二、频域动态测量方法频域动态测量方法是通过分析传感器输出信号的频率特性来获取被测量物理量的动态信息。

常见的频域动态测量方法包括频谱分析法和功率谱分析法。

1. 频谱分析法：这种方法通过对传感器输出信号进行频谱分析，将信号分解为不同频率的成分。

根据不同频率成分的幅值和相位，可以推导出被测量物理量的动态变化规律。

常用的频谱分析方法包括傅里叶变换、快速傅里叶变换和功率谱密度估计等。

频谱分析法可以实现高精度的动态测量，但对信号处理的要求较高，需要进行复杂的计算和处理。

2. 功率谱分析法：这种方法通过对传感器输出信号的功率谱进行分析，得到信号在不同频率上的功率分布。

根据功率谱的形状和峰值位置，可以推导出被测量物理量的动态变化规律。

功率谱分析法相对于频谱分析法来说计算量较小，更加适用于实时动态测量。

频域反射测量技术频域反射测量技术（Frequency Domain Reflectometry，FDR）是一种用于测量电缆或导线中的反射信号的技术。

它基于电磁波在不同介质之间反射的原理，通过发送一个特定频率的高频信号，并利用接收到的反射信号分析电缆或导线中的参数和故障。

频域反射测量技术常用于电缆故障检测和定位、电缆长度测量、仿真模型验证等领域。

它通常使用时域反射分析仪（Time Domain Reflectometer，TDR）或频域反射分析仪（Frequency Domain Reflectometer，FDR）进行测量。

在测量过程中，高频信号被发送到测试电缆或导线的一端，这些信号在电缆或导线中传递，并在故障或接头等处发生反射。

通过分析接收到的反射信号的强度和相位，可以获取关于电缆或导线中的参数、故障位置和特性的信息。

频域反射测量技术具有高精度和高分辨率的优点，并且可以应用于不同类型的电缆或导线，包括电力电缆、通信电缆等。

它在电力、通信、交通等领域的电缆安装和维护中起着重要作用，可以提高工作效率和减少故障排查时间。

频域反射测量技术的原理是利用频率响应的分析来确定电缆或导线的特性。

当高频信号从测量设备发送到电缆或导线中时，信号会在电缆中的不同位置上发生反射。

反射信号的幅度和相位变化与电缆的特性和故障有关。

测量设备将发送一个特定频率的高频信号，该信号会沿着电缆或导线传播，并在终端或故障处反射回来。

设备接收到反射信号后，会分析信号的幅度和相位，以确定电缆中的反射位置和特性。

通过分析反射信号的幅度和相位，可以检测和定位电缆中的故障或接头连接问题。

例如，当信号遇到短路、开路、接头不良等问题时，会产生明显的反射信号，通过测量反射信号的强度和相位变化，可以确定故障的位置和类型。

频域反射测量技术可以应用于多种类型的电缆或导线，包括同轴电缆、双绞线、光纤等。

它的优点是可以提供高精度和高分辨率的测量结果，可以准确地定位和诊断电缆中的故障。