测试技术实验指导书新版.doc

测试技术实验指导书 第二版 江南大学机械工程学院机电系 2009年4月 实验一 信号频谱分析实验 一、实验目的 通过对周期信号的频谱分析实验，理解傅立叶系数的物理意义和频谱的概念、特征，掌握信号的合成和分解方法，并进一步了解频谱的应用。 二、实验设备 通用计算机（装有LabVIEW软件8.0或以上版本） PCI总线数据采集卡(NI6221-37) VD1641型　低频信号发生器 SR8（V252）二踪示波器 屏蔽电缆 接线端子板 三、实验原理 周期函数只要符合狄里赫利条件都可以展开成傅立叶级数，即周期信号可以表达为由不同频率不同幅值的正弦或余弦信号之和。由式（1）表示。 Y(t)=a0+ansin(nω0+Ψn) (1) 式中：a0 -- 直流分量 an -- n次谐波分量的幅值 n –谐波次数 Ψn –n次谐波分量的相位 各次谐波的幅值an是频率ω=nω0的函数称作信号的幅频谱；各次谐波的初相位Ψn是频率ω=nω0的函数称作信号的相频谱。 实验者应做三方面的实验工作：1、通过对已知的方波和三角波等周期信号进行傅立叶变换获得信号频谱图。实验者从该过程中了解周期信号的组成成分，掌握信号的分解过程。2、在分解后的信号中取前有限次的谐波进行求和，并改变谐波次数，观察求和所得到的信号的时域波形的变化。实验者可从该过程中了解用有限次谐波替代周期信号所带来的失真随谐波次数的变化。3、把求和所得到的信号的时域波形和原信号波形进行比较，观察出能够替代原周期信号的用以求和的最少谐波次数。4、自行给出三角级数式，显示该级数的波形。通过实验理解信号的频谱概念，以及信号频谱和系统动态特性的应用关系。 三、实验准备 实验前学生应作好充分的预备实验工作，预备工作有以下几项： 仔细阅读实验指导书，了解实验目的、参考教材有关章节理解实验原理。 了解实验步骤和实验使用的设备。 了解实验系统的组成和设备之间的连接关系。 了解实验系统的软件环境和操作方法。 四、信号频谱分析实验（一）实验步骤 该实验的输入信号（被分析信号）由“虚拟信号发生器”即内部程序产生。 实验步骤如下： 1、打开桌面的文件夹“实验一”。 2、双击图标如下图所示， 运行界面如下图，图中右箭头为运行操作键，填黑时为正在运行，空白时为运行停止；红点为停止运行键。 在运行界面的设定区可设定被分析信号的类型如：方波（ Square Wave）、Sine Wave、三角波、锯齿波等（用鼠标点击信号类型框左侧的上、下箭头选择）；同样可以改变信号幅值（范围0-10V）、频率（0-150HZ）、相位。采样频率和采样数采用默认值。n是指前n次谐波次数取(0-30)。 在运行界面的显示区可显示被测信号的幅频谱、相频谱图。观察并记录各次谐波的幅值和相位。 设定n次数，在其右下方显示窗内可显示前n次谐波的各次谐波的波形和前n次谐波求和的结果。将前n次谐波求和的近似波形和原信号波形比较，描述两者差别。改变谐波次数n可观察波形的失真程度随n 的变化情况。 6、向下调节最右侧的滚动条，可显示最下方的设定和显示窗口。在设定窗内输入需要求和的三角级数式和基频园频率值，在右侧显示窗内即可显示该级数表示的信号波形。实验者不妨将已知信号的傅立叶三角级数式的有限次输入，以验证信号波形。见下图操作面板。 五、信号频谱分析实验（二）实验步骤 该实验的输入信号由试验台上的信号发生器输出，经由接线端子板接入计算机内的数据采集卡。实验步骤如下： 1、按下图接好线路。切记在将信号接入端子板之前一定要用示波器观察信号，将信号幅值调在-5V~+5V以内；并且注意信号正负极性不要接错；否则会损坏数据采集卡！！ 2、检查接线无误后，首先打开示波器电源，操作相应旋钮位置准备观察信号发生器的输出信号。 把信号发生器输出幅度旋钮旋到最小位置，打开信号发生器电源，把输出波形选择开关放在方波位置，输出频率调在100Hz，调节输出旋钮增大输出幅度，从示波器上观察，使输出幅度的峰—峰值为5V。保持信号发生器和示波器的调节状态不变。 双击图标如下图所示， 打开运行界面，如下图， 在界面上进行相应的参数设置，将采样通道设置为Dec1/ai2、每通道采样（次数）设为10000、采样（速）率设为10000。 设置好参数后，观察信号波形，和频谱图。 可按上述步骤对三角波或锯齿波信号进行频谱分析。 五、实验报告 绘制被分析的周期信号的频谱图（如果有条件可打印显示的频谱图）。 2、写出重构周期信号的各次谐