频谱分析方法

频谱分析方法是在设备故障诊断中最常使用的方法。常用的频谱是功率普和幅值谱。

功率谱表示振动功率随振动频率进行分布的情况，物理意义比较清楚；

幅值谱表示对应于各频率的谐波振动分量所具有的振幅，应用时比较直观。幅值谱上谱线高度就是该频率分量的振幅大小。

频谱分析的目的就是将构成信号的各种频率成分都分解开来，以便于识别振源。

1.进行频谱分析首先要了解频谱的构成成分，依据故障的推理方式的不同，对频谱的构成成分的了解可按不同的层次进行。（1）. 按高、中、低三个频段进行分析，初步了解主故障发生的部位；

（2）. 按：工频、超谐波、次谐波、进行分析，用以确定故障的范围：对中、平衡、松动类故障均与工频（也称：基频、

转频）的整数倍或分数倍有着密切的关联；

（3）. 按频率成分的来源进行分析。如：零部件共振的频率成分、随机噪声干扰成分、非线性调制生成的和差频成分等等；

（4）. 按特征频率进行分析。振动特征频率是各振动零部件有故障时必定产生的的频率成分。如：不平衡必定产生工频，

气流在叶片间流动必定产生通过频率，齿轮啮合时有啮合

频率，过临界转速时有共振频率，零部件受冲击时会被激

发出固有频率等等。

2. 对主振成分进行频谱分析时，首先要关注幅值较高的谱峰，因为其量值对振动的总水平影响较大。如：工频成分突出，往往是不平衡所致，要加以区别的是轴弯曲、共振、角不对中、基础松动、定/转子同心度不良等故障。2倍频为平行不对中、转轴有横裂纹。（0.42～0.48）倍频过大，为涡动失稳。（0.5～0.8）倍频是流体旋转脱离。特低频是喘振。整数倍频是叶片故障。啮合成分高是齿轮表面接触不良。谐波丰富是松动。边频是调制。分频是流体激振、摩擦等等。

3. 做频谱对比发现异常时、在分析和诊断过程时应注意从它们的发展变化（趋势）中得出准确的结论,单独一次测量往往很难对故障做出准确的判断。

有些振动成分虽然较大，但很平稳、不随时间变化，对机器运行不构成威胁。

一些较小的频率成分，特别是那些增长较快的分量常常预示故障的发展，应于重视。

特别注意的是，不存在的或比较弱的频率分量突然出现并扶摇直上，可能在较短时间内破坏机器的正常工作。

频谱及信号分析技术

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。

倒频谱

倒频谱倒频谱分析是一种二次分析技术，是对功率谱的对数值进行傅立叶逆变换的结果。其计算公式为：该分析方法受传感器的测点位置及传输途径的影响小，能将原来频谱图上成族的边频带谱线简化为单根谱线，以便提取、分析原频谱图上肉眼难以识别的周期性信号。但是进行多段平均的功率谱取对数后，功率谱中与调制边频带无关的噪声和其他信号也都得到较大的权系数而放大，降低了信噪比。本书分7章介绍了振动信号现代分析的理论方法与技术应用。第1章在介绍振动信号的基本概念、方法后，给出了振动信号的时频分析方法。第2章介绍了近十几年来发展和应用的小波分析方法及其工程实现技术。第3章介绍了谐波小波分析的理论方法与应用技术。第4章介绍了振动信号的Hilbert—Huan9变换分析方法，及其与其他方法相结合的发展和应用。第5章给出了振动信号分形分析方法及其与其他方法相结合的研究。第6章介绍了微弱振动信号的混沌识别方法。第7章介绍了振动信号的盲源分离技术与方法。每一章都给出了若干振动信号分析的应用实例。本书可作为具有一定振动分析基础的大学毕业生、研究生和工程技术人员的学习参考书，也可以作为航空航天类、大机械类、力学类、动力工程类专业研究生“机械振动学”课程的后续专业课教学参考书。目录第1章振动信号的时频分析方法 1.1幅值域分析法 1.2振动信号的时差域分析方法1.2.1信号预处理 1.2.2相关分析 1.3傅里叶变换 1.3.1连续傅里叶变换1.3.2离散傅里叶变换 1.4振动信号的频域分析方法 1.4.1频谱与频谱分析1.4.2经典谱估计方法 1.4.3倒频谱分析 1.4.4加窗与细化分析 1.5多相干分析技术 1.5.1相干函数 1.5.2频段上非独立输入信号的优先级排序1.5.3多相干分析 1.6时频分析 1.6.1时频分析的基本概念 1.6.2信号的时频表示和相平板 1.6.3时频分析的窗函数 1.7短时傅里叶变换 1.7.1短时傅里叶变换的概念 1.7.2离散短时傅里叶变换 1.7.3短时傅里叶变换在振动信号分析中的应用参考文献第2章振动信号的小波分析方法 2.1小波分析的基本概念 2.1.1小波与小波函数 2.1.2从傅里叶变换到小波变换 2.2二进离散小波变换 2.2.1二进小波变换 2.2.2二进小波的构造 2.2.3数字信号的二进小波变换 2.3多分辨分析与正交小波 2.3.1多分辨分析 2.3.2正交小波基 2.3.3Mallat塔形算法 2.3.4多分辨分析的工程实现技术 2.4二进小波变换在振动信号分析中的应用 2.4.1离散数字信号的二进小波变换过程2.4.2信号的频带分离 2.4.3奇异信号检测 2.4.4带噪转子信号的小波消噪2.4.5行驶车辆实际振动信号的小波分析……第3章振动信号的谐波小波分析第4章振动信号分析的Hilbert-Huang变换方法第5章振动信号分析的分形方法第6章微弱振动信号的混沌识别第7章振动信号的盲源分离参考文献

用频谱分析仪测量通信信号

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)

光谱分析法在药物分析中的应用

光谱分析法在药物分析中的应用当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生能级跃迁。记录同能级跃迁所产生的辐射能随波长的变化所得的图谱称为光谱，利用特等的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析方法，简称光谱法。如紫外-可见分光光度法、荧光分析法、原子吸收分光光度法和红外分光光度法等。原子吸收光谱法在药物分析中的应用原子吸收光谱法又称原子吸收分光光度法(atomic absorption spectroscopy, AAS).自从1955年澳大利亚物理学家阿兰·沃尔什发表了第一篇应用原子吸收光谱法作为一种分析手段的文章以来,该法已在分析化学领域获得了日益广泛的应用.目前,原子吸收光谱分析方法主要有直接法和间接法两种.直接法是利用特定的波长直接测定目标元素的含量,并已广泛应用于微量元素的分析、微量元素与药效关系的研究等领域.间接法是利用某些特定的金属离子可与药物的有机成分间有缔合、沉淀、氧化还原等定量反应的发生,经离心分离、原子吸收光谱法测定体系中游离的金属离子而间接测定目标分子.1968年,Christian等人[1]首先将原子吸收法用于间接测定一些无机阴离子和有机化合物.自那时起,已有许多文章发表[2~11],使间接AAS法逐渐走向成熟. 经过分析工作者的多年努力,AAS法在药物分析中的应用也有了较大进展.直接法可测定含有金属离子的药物,如VB12分子中含有一个钴离子,将样品溶解后在240.7 nm波长下测定钴便可测定出VB12的含量[12,13].约有30多种药物的分子结构中含有金属元素[14],能直接用AAS法测定.然而,对于绝大多数的药物,需要采用间接AAS法.这些药物虽不含金属元素,但含有可供氧化还原或配位的基团,通过一定的化学反应使其与金属离子或含有金属离子的络离子形成配合物或离子缔合物.经离心分离或溶剂萃取后,用AAS法进行测定.龙沛霞等人[15]曾评述了原子吸收光谱法分析中药微量元素的研究进展,王文海[16]评述了原子吸收光谱在食品金属元素分析中的应用.有关原子吸收光谱法在药物分析中的应用也有评述[17~19].本文对近两年来原子吸收光谱法在药物分析中应用的最新进展进行评述,并讨论了未来的发展趋势. 1 原子吸收光谱法分析药物中的微量元素 1.1 微量元素的含量分析微量元素的含量与药物的药效有直接的关系,是原子吸收光谱技术在药物分析应用最早也是最广泛的领域.近年来,与人体健康有关的微量元素的分析研究越来越受到人们的重视.现代研究表明,在中药材药效发挥过程中,微量元素的协同作用不可忽视.研究和测定中药材中的常见元素,不仅可为中药药理作用的研究提供基础数据,也能为中药材的鉴定提供依据.张瑾[20]利用原子吸收光谱法对16种活血化瘀中草药中10种微量元素进行了测定.方法的回收率为95.0%~105.0%,相对标准偏差小于0.03%.梁淑轩等人[21]采用HNO3:HClO4(4∶1)混酸化、石墨炉原子吸收法同时测定了银杏、杜仲及绞股蓝成熟青叶中的Se、Ge、Cu、Zn、Fe、Mn等6种微量元素,方法简便快速.通过对桃叶标准物中的Cu、Zn、Fe、Mn等4种微量元素的测定,证明了方法准确可靠.实验结果表明这3种药用植物叶中Cu、Zn、Fe、Mn含量都较为丰富,特别是银杏叶中的Se、绞股蓝中的Ge含量较高.韩丽琴等人[22,23]利用火焰

近红外光谱分析及其应用简介

近红外光谱分析及其应用简介 1、近红外光谱分析及其在国际、国内分析领域的定位近红外光谱分析是将近红外谱区（800-2500nm）的光谱测量技术、化学计量学技术、计算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等测量参数（用标准或认可的参比方法测得的），采用化学计量学技术加以关联，建立待测量的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样品待测量。近红外光谱分析技术自上世纪60年代开始首先在农业领域应用，随着化学计量学与计算机技术的发展，80年代以来逐步受到光谱分析学家的重视，该项技术逐渐成熟，90年代国际匹茨堡会议与我国的BCEIA等重要分析专业会议均先后把近红外光谱分析与紫外、红外光谱分析等技术并列，作为一种独立的分析方法；2000年PITTCON 会议上近红外光谱方法是所有光谱法中最受重视的一类方法，这种分析方法已经成为ICC（International Association for Cereal Science and Technology国际谷物科技协会）、AOAC(American Association of Official Analytical Chemists美国公职化学家协会)、AACC （American Association of Cereal Chemists美国谷物化学家协会）等行业协会的标准；各发达国家药典如USP(United States Pharmacopoeia美国药典)均收入了近红外光谱方法；我国2005年版的药典也将该方法收入。在应用方面近红外光谱分析技术已扩展到石油化工、医药、生物化学、烟草、纺织品等领域。发达国家已经将近红外方法做为质量控制、品质分析和在线分析等快速、无损分析的主要手段。我国对近红外光谱技术的研究及应用起步较晚，上世纪70年代开始，进行了近红外光谱分析的基础与应用研究，到了90年代，石化、农业、烟草等领域开始大量应用近红外光谱分析技术，但主要是依靠国外大型分析仪器生产商的进口仪器。目前国内能够提供完整近红外光

倒谱分析

倒谱分析（1）.倒频谱的数学描述倒频谱函数CF(q)(power cepstrum)其数学表达式为：（2.6） CF(q)又叫功率倒频谱，或叫对数功率谱的功率谱。工程上常用的是式(2.6)的开方形式，即：（2.7） C0(q)称为幅值倒频谱，有时简称倒频谱。倒频谱变量q的物理意义为了使其定义更加明确，还可以定义：（2.8）即倒频谱定义为信号的双边功率谱对数加权，再取其傅里叶逆变换，联系一下信号的自相关函数：看出，这种定义方法与自相关函数很相近，变量q与τ在量纲上完全相同。为了反映出相位信息，分离后能恢复原信号，又提出一种复倒频谱的运算方法。若信号x(t)的傅里叶变换为X(f): （2.9） x(t)的倒频谱记为：（2.10）显而易见，它保留了相位的信息。

倒频谱与相关函数不同的只差对数加权，目的是使再变换以后的信号能量集中，扩大动态分析的频谱范围和提高再变换的精度。还可以解卷积(褶积)成分，易于对原信号的分离和识别。（2).倒频谱的应用分离信息通道对信号的影响图2.26对数功率谱关系图。在机械状态监测和故障诊断中，所测得的信号，往往是由故障源经系统路径的传输而得到的响应，也就是说它不是原故障点的信号，如欲得到该源信号，必须删除传递通道的影响。如在噪声测量时，所测得之信号，不仅有源信号而且又有不同方向反射回来的回声信号的混入，要提取源信号，也必须删除回声的干扰信号。若系统的输入为x(t)，输出为y(t)，脉冲响应函数是h(t)，两者的时域关系为： y(t)=x(t)*h(t) 频域为： Y(f)=X(f)*H(f)或Sy(f)=Sx(f)*|H(f)|2 对上式两边取对数，则有：（2.11）式(2.72)关系如图(2.26)所示，源信号为具有明显周期特征的信号，经过系统特性logGk(f)的影响修正，合成而得输出信号logGy(f)。

频谱分析仪和信号分析仪的区别

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。

(整理)光谱分析技术及应用

光谱分析技术及应用一、光谱分析的分类 1、原子吸收光谱法——也叫湿法分析。它是以待测元素的特征光波，通过样品的蒸发，被蒸发中的待测元素的基态原子所吸收，由辐射强度的减弱程度，来测定该元素的存在与否和含量多少；通常是采用火焰或无火焰（也叫等离子）方法，把被测元素转化为基态原子。根据吸收光波能量的多少测定元素的含量。通常原子吸收光谱法是进行仪器定量分析的湿法分析。 2、原子发射光谱法——利用外部能量激发光子发光产生光谱。看谱分析法就是原始的、也是最经典的利用原子发射光谱的分析方法。看谱分析法在我国工业生产上的使用是在上世纪50年代，58年北京永定机械厂制造了第一台仿苏联技术的看谱仪，随后天津光学仪器厂成为我国大量生产棱镜分光的看谱镜基地。上世纪80年代起，德国、英国、美国等国家，开始研制采用CCD （Charge Coupled Device电荷耦合器件）技术作为光谱接收器件的直读式定量光谱仪，德国以实验室用大型直读定量光谱仪为主；英国阿朗公司、美国尼通公司以便携式金属分析仪为主打市场。近年来，德国、芬兰等国家研制生产便携式、直读定量光谱仪，分析精度在一定条件下可以替代实验室直读式定量光谱仪。二、看谱分析的特点 1、操作简便，分析速度快。 2、适合现场操作。

3、无损检测（现场操作情况下无须破坏样品）。 4、检测成本低。是便携式金属分析仪的1/30左右，是便携式直读定量光谱仪的1/40。 5、有一定的灵敏度和准确度。三、看谱分析的方法：定性分析方法，所谓定性就是判定分析的元素是否存在的分析。严格的讲定性分析是根据某元素的特征灵敏线的出现与否，来确定该元素是否存在的分析方法。那么，什么叫灵敏线呢？某元素在某几个区域出现的几条与其它元素不同的特征线；或称“在较低含量情况下出现的谱线”，或者说是在某一范围内出现的谱线，叫做灵敏线。半定量方法就是近似的估计元素含量的方法。利用谱线进行比较，即通过亮度比较含量，就是与铁基线进行比较，含量与亮度的对数成正比关系。（用来进行比较的铁基线的亮度应不变。）lgI（谱线强度）四、看谱分析的一般步骤 1、分析前的准备

信号频谱分析和测试

信号频谱分析和测试返回一、实验室名称：虚拟仪器实验室二、实验项目名称：信号频谱分析和测试三、实验目的 1．了解周期函数的傅立叶变换理论及虚拟频谱分析仪的工作原理； 2．熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。四、实验内容 1．测量典型信号（正弦波、三角波、方波）的频谱并记录； 2．用实验平台的任意波形信号源产生一个任意信号，观察其频谱。五、实验器材（设备、元器件）： 1、计算机一台 2、SJ-8002B 电子测量实验箱一台 3、FG1617函数发生器一台 4、虚拟频谱分析仪程序 5、Q9线一条六、实验原理 6.1 常见周期信号傅立叶展开公式与波形 1）方波，其中的 2）三角波，其中的 )7sin 715sin 513sin 31(sin 4)( +ω+ω+ ω+ωπ=t t t t A t f T π=ω2)7cos 4915sin 2513sin 91(sin 8)(2 +ω-ω+ω-ωπ=t t t t A t f T π=ω2

3）锯齿波，其中 6.2 信号的离散傅立叶变换（DFT ） x(t)经采样后变为x(nT ’)，T ’为采样周期，采样频率fs=1/T ’。离散信号x(nT ’)的傅里叶变换可以表示为：，n=0，1，…N-1 X(k)是复数，信号的频谱是它的模，为了方便显示，做归一化处理，用来表示频谱。频率分辨率为： FFT 是DFT 的快速算法。 6.3 虚拟频谱分析仪数字式虚拟频谱分析仪是通过A/D 采样器件，将模拟信号转换为数字信号，传给微处理器系统或计算机来处理.在对交流信号的测量中，根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须是信号频率的两倍以上，采样频率越高，时间轴上的信号分辨力就越高，所获得的信号就越接近原始信号，在频谱上展现的频带就越宽。本频谱分析仪采用快速傅立叶变换的方法，分析信号中所含各个频率份量的幅值。其构成框图如图4所示：图4频谱分析仪框图七、实验步骤 7．1 测量典型信号（正弦波、三角波、方波）的频谱（1）准备工作：用Q9线连接信号发生器与实验平台的Ain1端，并用EPP 排线连接实验平台和计算机之间的EPP 接口，最后打开电源.。信号发生器产生一个频率为10K ，峰峰值为3V 左右的正弦波，启动实验平台配套的频谱分析软件，观察波形显示并作图。（2）由信号源产生一个频率为10KHz ，峰值为3V 的正弦波，用数字频谱分析仪对该信号进行频谱测量，幅度刻度方式设为线性刻度，不加窗函数，起始频率为0Hz ，结束频率为 100KHz ，Y 线性参考电压为2V ，将测量结果填入表1，并计算出频谱的理论值填入表1。 )4sin 413sin 312sin 21(sin 2)( +ω+ω+ω+ωπ+= t t t t A A t f T π=ω2()()N nk j N n e n x k X /210π--=∑=N k X )(f ?N f f s =?N kf k f f s k =??=

测试技术与信号分析汇总

1．在系统特性测量中常用白噪声信号作为输入信号，然后测量系统的输出，并将输出信号的频谱作为系统频率特性。请用卷积分定理解释这样做的道理。答：白噪声是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，所有频率具有相同能量的随机噪声称为白噪声。在其频谱上是一条直线。系统频率特性：传递函数的一种特殊情况，是定义在复平面虚轴上的传递函数。时域卷积分定理：两个时间函数的卷积的频谱等于各个时间函数的乘积，即在时域中两信号的卷积等效于在频域中频谱相乘。频域卷积分定理：两个时间函数的频谱的卷积等效于时域中两个时间函数的乘积。y(t)=h(t)*x(t),对y(t)作付式变换，转到相应的频域下Y(f)=H(f)X(f)，由于x(t)是白噪声，付式变换转到频域下为一定值，假定X(f)=1，则有Y(f)=H(f)，此时就是传递函数。 2．用1000Hz的采样频率对200Hz的正弦信号和周期三角波信号进行采样，请问两个信号采样后是否产生混叠？为什么？采样频率ωs（2π／Ts）或fs(1／Ts)必须大于或等于信号x(t)中的最高频率ωm的两倍，即ωs＞2ωm，或fs＞2fm。为了保证采样后的信号能真实地保留原始模拟信号的信息，采样信号的频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。但在对信号进行采样时，满足了采样定理，只能保证不发生频率混叠，对信号的频谱作逆傅立叶变换时，可以完全变换为原时域采样信号，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号。工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的3到5倍。理论上周期三角波的频谱里包含所有奇次谐波分量，也就是说200Hz的周期三角波信号包含600Hz、1kHz、1.4kHz等等谐波，所以用1000Hz采样频率对200Hz周期三角波信号采样，会发生混叠。而对200Hz正弦信号采样不会发生混叠。 3．什么是能量泄露和栅栏效应？能量泄漏与栅栏效应之间有何关系？能量泄漏：将截断信号的谱XT(ω)与原始信号的谱X（ω）相比较可知，它已不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱．这表明原来的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为频谱能量泄漏（Leakage）。栅栏效应：对采样信号的频谱,为提高计算效率,通常采用FFT算法进行计算,设数据点数为N = T/dt = T.fs则计算得到的离散频率点为Xs(fi) , fi = i.fs/N , i = 0,1,2,…,N/2。这就相当于透过栅栏观赏风景,只能看到频谱的一部分,而其它频率点看不见,因此很可能使一部分有用的频率成分被漏掉,此种现象被称为栅栏效应。频谱的离散取样造成了栅栏效应，谱峰越尖锐，产生误差的可能性就越大。例如，余弦信号的频谱为线谱。当信号频率与频谱离散取样点不等时，栅栏效应的误差为无穷大。实际应用中，由于信号截断的原因，产生了能量泄漏，即使信号频率与频谱离散取样点不相等，也能得到该频率分量的一个近似值。从这个意义上说，能量泄漏误差不完全是有害的。如果没有信号截断产生的能量泄漏，频谱离散取样造成的栅栏效应误差将是不能接受的。能量泄漏分主瓣泄漏和旁瓣泄漏，主瓣泄漏可以减小因栅栏效应带来的谱峰幅值估计误差，有其好的一面，而旁瓣泄漏则是完全有害的。 4．简述传递函数、频响函数和脉冲响应函数间的联系与区别。传递函数：零初始条件下线性系统响应（即输出）量的拉普拉斯变化（或z变换）与激励（即输入）量的拉普拉斯变换之比。记作G（s）＝Y（s）／U（s），其中Y（s）、U（s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。频响函数：(1)简谐激励时，稳态输出相量与输入相量之比。(2)瞬态激励时，输出的傅里叶变换与输入的傅里叶变换之比。(3)平稳随机激励时，输出和输入的互谱与输入的自谱之比。

频谱分析

2.1频谱分析原理时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简单波形外，很难明确提示信号的频率组成和各频率分量大小，而频谱分析能很好的解决此问题。由于从频域能获得的主要是频率信息，所以本节主要介绍频率(周期)的估计与频谱图的生成。 2.2.1DFT与FFT 对于给定的时域信号y，可以通过Fourier变换得到频域信息Y。Y可按下式计算式中，N为样本容量，Δt = 1/Fs为采样间隔。采样信号的频谱是一个连续的频谱，不可能计算出所有的点的值，故采用离散Fourier变换(DFT)，即式中，Δf = Fs/N。但上式的计算效率很低，因为有大量的指数(等价于三角函数)运算，故实际中多采用快速Fourier变换(FFT)。其原理即是将重复的三角函数算计的中间结果保存起来，以减少重复三角函数计算带来的时间浪费。由于三角函数计算的重复量相当大，故FFT能极大地提高运算效率。 2.2.2 频率、周期的估计对于Y(kΔf)，如果当kΔf = 时，Y(kΔf)取最大值，则为频率的估计值，由于采样间隔的误差，也存在误差，其误差最大为Δf / 2。周期T=1/f。从原理上可以看出，如果在标准信号中混有噪声，用上述方法仍能够精确地估计出原标准信号的频率和周期，这个将在下一章做出验证 2.2.3 频谱图为了直观地表示信号的频率特性，工程上常常将Fourier变换的结果用图形的方式表示，即频谱图。以频率f为横坐标，|Y(f)|为纵坐标，可以得到幅值谱；

以频率f为横坐标，arg Y(f)为纵坐标，可以得到相位谱；以频率f为横坐标，Re Y(f)为纵坐标，可以得到实频谱；以频率f为横坐标，Im Y(f)为纵坐标，可以得到虚频谱。根据采样定理，只有频率不超过Fs/2的信号才能被正确采集，即Fourier 变换的结果中频率大于Fs/2的部分是不正确的部分，故不在频谱图中显示。即横坐标f ∈[0, Fs/2] 2.5．运行实例与误差分析为了分析软件的性能并比较时域分析与频域分析各自的优势，本章给出了两种分析方法的频率估计的比较，分析软件的在时域和频域的计算精度问题。2.5.1标准正弦信号的频率估计用信号发生器生成标准正弦信号，然后分别进行时域分析与频域分析，得到的结果如图 4所示。从图中可以看出，时域分析的结果为f = 400.3702Hz，频域分析的结果为f = 417.959Hz，而标准信号的频率为400Hz，从而对于标准信号时域分析的精度远高于频域分析的精度。 2.5.2 带噪声的正弦信号的频率估计先成生幅值100的标准正弦信号，再将幅值50的白噪声信号与其混迭，对最终得到的信号进行时域分析与频域分析，结果如图 5所示，可以看出，时域分析的结果为f = 158.9498Hz，频域分析的结果为f = 200.391Hz，而标准信号的频率为200Hz，从而对于带噪声的正弦信号频域分析的精度远高于时域分析的精度。 2.5.3 结果分析与结论

核磁共振光谱分析法在药物分析中的应用解读

核磁共振光谱分析在药物分析中的应用摘要对科学产生最大影响的分析方法是核磁共振技术，它被广泛用于许多领域。本文结合核磁共振及核磁共振光谱法的相关概念，介绍核磁共振光谱分析法的特点及其方法，着重于核磁共振光谱分析在体内药物分析中的应用。核磁共振法以其重现性好、特征性强等优点已成为药物研究的重要手段。随着天然药物生产领域的发展，核磁共振作为质量控制的手段已得到重视，并逐渐地应用于实践。相信不久的将来，核磁共振技术将会更好地为人类服务，为药物研究作出贡献。Abstract In science the biggest impact on the analysis method is NMR, it is widely used in many fields. Based on the nuclear magnetic resonance (NMR) and magnetic resonance spectroscopy ,this article introduce nuclear magnetic resonance spectroscopy analysis of characteristics and methods and focusing on nuclear magnetic resonance spectra analysis in vivo drug analysis in application. As natural drug production fields of development, nuclear magnetic resonance (NMR) as quality control means has been seriously, and gradually applied in practice. Nuclear magnetic resonance (NMR) technology will better service to humanity, for drug research to contribute in the future. 关键词: 核磁共振核磁共振光谱法定量分析法药物分析 Keywords: nuclear magnetic resonance nuclear magnetic resonance spectroscopy quantitative analysis method drug analysis 正文：1945年，F．Bloch和E．M．Purcell分别领导的两个小组几乎同时发现了核磁共振(NuelearMagnetic Resonance，简称NMR)现象。NMR技术最初只应用于物理科学领域，但随着超导技术、计算机技术和脉冲傅立叶变换波谱仪的迅速发展，今天核磁共振已成为鉴定有机化合物结构和研究化学动力学等诸多领域中极为重要的方法，而且其应用领域正在逐步扩大。核磁共振技术在药物检验分析中的应用已有多年，由于其具有其他方法难以比拟的独特优点，即定性测定不具有破坏性、定量测定不需要标样，因此核磁共振技术在药物分析中应用和发展也越来越广泛?。核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance）原是一种原子核的物理现象，它的原理可以用一个不严格的简单模型来说明：用最简单的原子核──氢核为例，氢原子核是一个带正电的质子，同时原子核具有自旋性，从古典电磁学的观点看来，这个自旋的带电质子将具有磁性，我们不妨把它暂时看成是个小磁铁。如果我们外加一个磁场，小磁铁在磁场中的不同方位与外加磁场产生不同的作用力，如图一a是较稳定的状态，图一b则是较不稳定的状态。也就是说，「小磁铁」在外

信号分析方法

3.3齿轮及齿轮箱振动信号的分析方法齿轮及齿轮箱中轴、齿轮和滚动轴承正常运行时，一般其振动信号是平稳信号，信号频率成分有各轴的转动频率和齿轮的啮合频率等，当发生故障，其振动信号频率成分或幅值发生变化，一般有以下三种特征：（1）信号是稳态的，但对应特征频率的幅值发生明显变化，振动能量有较大的变化。这类故障是以齿轮均匀磨损为代表的。（2）信号是周期平稳信号，出现了有规律的冲击或调制现象。这类故障一般是齿轮或滚动轴承已经发生轻度或较严重的故障。（3）信号中出现无规律的冲击或调制现象，这类故障一般是齿轮或滚动轴承已经发生严重的故障。但是并不是说出现调制现象就一定有故障，所以就需要利用振动信号在频域和时域内进行诊断，来达到诊断故障的目的。而振动信号是齿轮故障特征信息的主要载体，目前能够通过各种振动信号传感器、放大器及其它测量仪器很方便地测量出齿轮箱的振动信号，通过各种分析和处理方法提取其故障特征信息。特征分析的结果是否正确、可靠，特征量的选择是否合理，在很大程度上决定了故障诊断的正确性。下面就介绍一些常用的齿轮振动信号常规的分析方法。 3.3.1时域统计特征时域统计指标根据量纲和无量纲分为两个部分，一部分是常用的有量纲特征值，包括最大值、最小值、峰值、均值、均方值和方差；另一部分称为无量纲的特征分析值，包括方根幅值、平均幅值、均方幅值、峭度、波形指标、峰值指标、脉冲指标和裕度指标。在齿轮箱的状态检测和故障诊断中，要特别注意这两部分指标的综合运用，有量纲特征值一般随着齿轮箱的不同而改变，不同种类和大小的齿轮箱测量得到的有量纲特征值是没有对比性的，有时甚至同种类和大小的齿轮箱在不同工况下测量得到的有量纲特征值也不能直接进行对比。而不同种类和大小的齿轮箱测量得到的无量纲的特征分析值在一定的情况下是可以进行对比的。对于有限长度的离散时间序列1210,,,,-n x x x x ，其有量纲的统计特征值为：最大值 }max{max i x x = 最小值 }min{min i x x = 峰峰值 min max x x x p p -=- 均值 ∑-==10 1 n i i x N x

频谱分析仪和信号分析仪有什么区别呢

频谱分析仪：测量在仪器的整个频率范围内输入信号幅度随频率进行变化的情况。其最主要的用途是测量已知和未知信号的频谱功率。可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。信号分析仪：它一方面集成了频谱分析仪的功能，另一方面测量在仪器的中频带宽内输入信号在单一频率上的幅度和相位。测量信号更加丰富如振动信号、声学信号等。频谱分析仪和信号分析仪这两个术语多数情况下可以相互使用。但用信号分析仪描述更贴切，可进行更全面的频域、时域和调制域信号分析。我们通过比较两款典型的频谱分析仪和信号分析仪来更深入对定义的理解。安捷伦Agilent35670a是一种有二通道或四通道（选件AY6）的FFT类型频谱分析仪。这种标准仪器可在直流至100KHz左右的范围内进行频谱、网络、时域及幅度域测量。晶钻仪器CoCo-80X是新一代手持一体化的动态信号分析仪与数据采集仪。四至八个通道数，最高150dB的动态范围，102.4kHz的采样率，进行各类频谱分析、结构分析、倍频程分析与声级计、旋转机械阶次跟踪等。另外，它支持多种语言动态切换，有英语、中文、日文、法语和西班牙语。

从上面两款仪器比较我们可以了解，外观上台式频谱分析仪有20Kg，而手持式动态信号分析仪只有2Kg。信号分析仪从可操作性、便携性、功能上都具有明细的优越性。功能上来说，频谱分析仪主要对FFT频谱信息分析，起到信号调节的功能。而动态信号分析仪除了继承频谱分析功能外，增加了振动结构分析、声学分析、转子动力学分析等功能，这些功能都是在频谱分析功能基础上增加的分析功能。杭州锐达数字技术有限公司是美国晶钻仪器公司中国总代理，负责产品销售、技术支持与产品维护，是机械状态监测、振动噪声测试、动态信号分析、动态数据采集、应力应变测试等领域的供应商，提供手持一体化动态信号分析系统、多通道动态数据采集系统、振动控制系统、多轴振动控制系统、三综合试验系统和远程状态监测系统等。

光谱分析技术及应用.doc

第一章绪论第一节光学分析的历史及发展 1．吸收光谱：由于物质对辐射的选择性吸收而得到的光谱。 2．发射光谱：构成物质的各种粒子受到热能、电能或者化学能的激发，由低能态或基态跃迁到较高能态，当其返回基态时以光辐射释放能量所产生的光谱。第二章光谱分析技术基础第一节电磁辐射与波谱 1．电磁辐射的波动性（1）散射丁铎尔散射和分子散射两类。丁铎尔散射：当被照射试样粒子的直径等于或大于入射光的波长时。分子散射：当被照射试样粒子的直径小于入射光的波长时。分为瑞利散射（光子与分子相互作用时若没有能量交换）和拉曼散射（有能量交换）。（2）折射和反射全反射：当入射角增大到某一角度时，折射角等于90，再增大入射角，光线全部反射回光密介质中，没有折射。（3）干涉当频率相同，振动方向相同，周相相等或周相差保持恒定的波源所发射的电磁波互相叠加时，会产生波的干涉现象。（4）衍射光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象。 2．电磁波的粒子性光波长越长，光量子的能量越小。光子：一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的。电子吸收一个光子后，能量会增加，一部分用来挣脱束缚，一部分变成动能。 3．物质的能态当物质改变其能态时，它吸引或发射的能量就完全等于两能级之间的能量差。从低能态到高能态需要吸收能量，是为吸收光谱，即吸光度对波长或频率的函数。从高能态到低能态需要释放能量，是为发射光谱。第二节原子吸收光谱分析 1．当原子吸引能量的时候，按能量数量使核外电子从一级跃迁到另一级，这与吸收的能量有关。吸收能量的多少与原子本身和核外电子的状态有关。

第三节分子吸收与光谱分析 1．分子吸收与原子的不同在于，分子还需要转动跃迁、振动跃迁、电子跃迁等几个能级。 2．朗伯-比尔（Lambert-Beer ）法则：设某物质被波长为λ、能量为)(0λI 的单色光照射时，在另一端输出的光的能量)(λt I 将出输入光的能量低。考虑物质光程长度为L 中一个薄层dx ，其入射光为)(λI ，则其出射光为)()(λλdI I -。假设光强的减少量与薄层中吸收成分的浓度c 和入射光强度)(λI 成比例，并进一步假定在物质内只发生光的吸收，没有反射、散射、荧光等其他现象发生（事实上一定会有），因此有微分方程 cdx kI dI )()(λλ=- 其中k 为比例常数。对于初始条件入射光强)(0λI ，及光程长度L ，所得出射光强)(λt I 为 kcL t e I I -=)()(0λλ 令e k lg =ε，则有 cL T I I A t ελλλλ===)) (1lg())()(lg()(*0* ε称为吸光系数，)(*λA 称为吸光度。可知吸光度与吸收成分的浓度和光程长度成正比，且当待测物质中包含有多种吸收成分时，总的吸光度等于各个吸收成分的吸光度之和，称为吸光度的加和性。缺点：（1）假设光强的减少量与薄层厚度及吸收成分浓度成比例（其实可能是别的关系）。（2）假设在物质内只发生光的吸收，没有反射、散射、荧光等其他现象发生（事实上一定会有）。 3．紫外与可见光谱应用举例——植物叶绿素分析叶绿体=叶绿素+类胡萝卜素叶绿素=叶绿素A （蓝绿色）+叶绿素B （黄绿色）（A ：B=3：1）叶绿素吸收光谱的最强吸收区有两个：波长范围为640~660nm 的红光部分和430~450的蓝紫光部分。类胡萝卜素=胡萝卜素（橙黄色）+叶黄素（黄色）类胡萝卜素的吸收光谱的最大吸收带在蓝紫光部分。根据前述的朗伯-比尔（Lambert-Beer ）法则和吸光度的加和性来进行测量。

实验：典型信号频谱分析报告

实验3.2 典型信号频谱分析一、实验目的 1. 在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。 2. 了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。二、实验原理 1. 典型信号及其频谱分析的作用正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。本次实验利用DRVI 快速可重组虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分析。 2. 频谱分析的方法及设备信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。对信号作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时—频关系转换分析。傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅值。信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号x(t)的傅氏变换为：式中X(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f 为频率。 3. 周期信号的频谱分析周期信号是经过一定时间可以重复出现的信号，满足条件： dt e t x f X ft j ?+∞ ∞--=π2)()(