信號分析實驗
一、實驗目的
⒈掌握信號的時域和頻域的描述方法，建立明確的信號的頻譜概念；
⒉掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法，了解功率譜分析原理及其應用；
⒊熟悉虛擬信號分析儀器庫的使用。
二、實驗儀器及設備
⒈微型計算機及虛擬信號分析儀器庫；
⒉信號發(fā)生器或激振信號源；
⒊虛擬測試振動與控制實驗裝置。
三、實驗原理
（一）、信號的分類：

（二）、信號的時域分析：
信號以t 為自變量，以其瞬時取值x(t)為因變量進行描述與分析，稱時域
分析。
1、時域統(tǒng)計分析

概率分布函數(shù)是瞬時值x(t)小于或等于某值Ｘ的概率,又稱累積概率。
表示Ｘ落在某一區(qū)間的概率。
２．直方圖分析：
概率直方圖：以幅值大小為橫坐標，以幅值的概率為縱坐標來表示。
３．時域相關(guān)分析
相關(guān)函數(shù)描述了兩個信號之間的關(guān)系或其相似程度，（即互相關(guān)函數(shù)），也可
以描述同一信號的現(xiàn)在與過去值的關(guān)系（自相關(guān)）。
⑴自相關(guān)函數(shù)
x(t)為某各態(tài)歷經(jīng)隨機過程的一個記錄樣本，自相關(guān)函數(shù)Rx(t )是描述信

(三)信號的頻域分析
頻域分析——在頻率域中對信號的分析，即以頻率為橫坐標的分析。
頻譜分析——以頻率為橫坐標對信號的幅值和相位進行分析；包括幅值譜和相位譜。

①幅值譜：
a:周期信號的頻譜：（I）離散性；（II）諧波性；（III）收斂性
b:非周期信號的頻譜——連續(xù)頻譜
②功率譜分析

特點：①互譜分析不僅含有幅頻特性而且含有相頻特性
②互譜分析可排除噪聲的影響。
四．實驗方法

（一） 信號的時域分析：
1． 實驗步驟：
a:開啟微型計算機中的虛擬儀器庫；
b:將多功能信號發(fā)生器的正弦信號輸出電壓為1V，接入微型計算機中的虛
擬儀器庫，如圖所示；

c:在虛擬儀器庫的波型顯示器中觀察其波形，選擇好采樣頻率、幅值，示波類
型為單通道，按下“記錄”按鈕，將所需的信號記錄存盤供以后分析調(diào)用；
d:按下左下角的“單”按鈕，進入單通道FFT 分析儀，在單通道FFT 分析儀
中，按下左下角的“離線”，按提示將上步所存的資料調(diào)出，進行時域分析：將
鼠標移到“1”號旋鈕（時域和頻域），按左鍵到1-1位置，顯示時域波形，按右
鍵指針指向1-2 位置顯示信號的特征表（包括最大值、最小值、峰峰值、均值、
方差、有效值），指針在1-3 位置顯示概率直方圖，指針在1-4 位置顯示信號的
概率分布函數(shù)，將以上資料及圖形記錄到實驗報告書上；
e:改變信號發(fā)生器發(fā)出的信號，重復C，D 步驟，分別做方波、三角波、正
弦+隨機信號、窄帶隨機信號、寬帶隨機信號、矩形窗信號的時域分析，記錄資
料及圖形；（因時間關(guān)系，可選做其中一至二個）
f:將鼠標移到“2”號旋鈕（細化和相關(guān)），按左鍵到2-7位置觀察表1 中各
信號的自相關(guān)函數(shù)，并記錄到實驗報告書上。
g:利用振動與控制實驗裝置做互相關(guān)實驗；
① 激振信號源輸出接電動式激振器，用激振器對簡支梁激振；
② 將激振信號源輸出接入虛擬式FFT雙通道分析儀1 通道，速度傳感器輸出速
度信號經(jīng)測振儀接入雙通道FFT 分析儀的2 通道，虛擬儀器進入雙通道分析儀，如圖所示；

③ 調(diào)節(jié)信號源頻率，使簡支梁振幅達到最大，按下屏幕左上方的“在線”
按鈕，選擇好采樣頻率，通道，采樣長度后，按“確認”鍵，記錄信號源及簡支梁振動的時域波形。
④ 分別按下“相關(guān)分析”中的A 自相關(guān)、B 自相關(guān)、互相關(guān)，觀察信號源、
簡支梁的自相關(guān)函數(shù)，分析信號源與簡支梁的互相關(guān)函數(shù)的特點；
⑤ 用小錘快速輕敲簡支梁，使它作為一個干擾信號作用于簡支梁上，重新
“在線”采集，記錄信號源及簡支梁振動的時域波形；
⑥ 重復第④步，觀察信號源、簡支梁的自相關(guān)函數(shù)以及它們的互相關(guān)函數(shù)
圖形，并以無干擾時的對比，記錄到實驗報告書上。
（二） 信號的頻域分析
1、進入單通道FFT 分析儀，按“離線”按鈕調(diào)出時域分析時所存信號，分
別對正弦信號、方波、三角波、隨機信號進行幅值譜、功率譜分析。“1-5”顯示
功率譜，“1-6”顯示幅值譜。觀察周期信號頻譜的離散性、諧波性、收斂性的特
點。觀察非周期信號頻譜的特點。記錄到實驗報告書上。
2、進入雙通道FFT 分析儀，按“離線”按鈕，調(diào)出時域分析時的互相關(guān)實
驗中的所存信號，分別對無干擾時、有干擾時的信號源與簡支梁進行互譜分析。
3、按下“互譜分析”中的輸入自譜、響應自譜及互譜實部、互譜虛部，觀
察并分析互功率譜的性質(zhì)。
4、進一步對“互相關(guān)”、“互功率譜”分析的認識。進入雙通道分析儀，分
別調(diào)出機內(nèi)已存信號SN791（同頻周期信號）、SN792（不同頻周期信號）SN794
（方波與其基波和2次諧波組成的圖形）、SN82（方波與其3 次諧波），觀察信號
的互相關(guān)、輸入自譜、響應自譜、互譜實部、互譜虛部。總結(jié)互相關(guān)分析、功率譜分析的特點。