测试试验实验评测报告模板01

测试技术及应用实验报告

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实验一周期信号波形的合成和分解

一. 实验目的

1. 加深了解信号分析手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义。

2. 观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。

3. 观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。

4. 通过本实验熟悉信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义。

二. 实验原理

按富立叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数{sin(2πnf0t>,cos(2πnf0t>}的组合表示：

x(t>=a0/2

+ a1*sin(2πf0t>+b1*cos(2πf0t>

+ a2*sin(4πf0t>+b2*cos(4πf0t>

+........

也就是说，我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。

对于典型的方波，其时域表达式为：

根据傅立叶变换，其三角函数展开式为：

由此可见，周期方波是由一系列频率成分成谐波关系，幅值成一定比例，相位角为0的正弦波叠加合成的。

图4.1 方波信号的波形、幅值谱和相位谱

那么，我们在实验过程中就可以通过设计一组奇次谐波来完成波形的合成和分解过程，达到对课程教案相关内容加深了解的目的。

三. 实验仪器和设备

1. 计算机

2. Proteus软件

四. 实验步骤及内容

1、用Proteus软件中的示波器验证多个正弦波叠加可得到近似方波<这部分电路见附图）

2、用Proteus软件中的示波器验证多个正弦波叠加可得到近似三角波。

五. 实验结果

A1=15 f1=100

A2=5 f2=300

A3=3 f3=500

实验二典型信号频谱分析

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项目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项目信号分析时的参照资料。

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。

3. 频谱分析的应用

频谱分析主要用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。例如，在机床齿轮箱故障诊断中，可以通过测量齿轮箱上的振动信号，进行频谱分析，确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。再例如，在螺旋浆设计中，可以通过频谱分析确定螺旋浆的固有频率和临界转速，确定螺旋浆转速工作范围。

三. 实验仪器和设备

1. 计算机

2. Proteus 7.5 软件

四. 实验步骤及内容

1. 分析和观察正弦波信号波形和幅值谱特性。

2. 分析和观察方波信号波形和幅值谱特性。

3. 分析和观察脉冲信号波形和幅值谱特性。

4. 分析和观察wav声音信号波形和幅值谱特性<声音文件可在C:\WINDOWS\Media目录下找，如该目录下的ringin和recycle文件）。

五. 实验结果

实验三二阶系统动态性能指标测试

一. 实验目的

1. 通过本实验熟悉二阶系统的动态性能指标及其测试方法。

2. 进一步了解系统阶跃响应和频率响应的意义。

二、实验原理

系统的动态性能指标主要包括上升时间、峰值时间、过渡时间<响应时间）、超调量、带宽频率、工作频率、谐振频率等。

1．上升时间tr：上升时间是响应曲线由零上升到稳态值所需要的时间。

根据定义，当时，。

即

或，

所以，上升时间为：

2．峰值时间tp：过渡过程曲线达到第一个峰值所需的时间。

<）

因为峰值时间tp是过渡过程曲线达到第一个峰值所需的时间，故取

即

3．最大超调量

最大超调量为：

式中，为过渡过程曲线第一次达到的最大输出值；为过渡过程的稳态值<

=1）。

4．过渡过程时间ts：在过渡过程的稳态线上，用稳态值的百分数<通常取=5%或=2 %）作一个允许误差范围，进入允许误差

范围所对应的时间叫～。

从上式看出，是此时系

统过渡过程的包络线方程。即过渡过

二阶系统单位阶跃响应的一对包络线

程总是包含在一对包络线内，包络线的时间常数为。

根据过渡过程时间的定义，可近似认为就是包络线衰减到区域所需的时间，则有：

若取，并忽略，则得：

若取，并忽略，则得：

5、带宽频率ω0.707

对数幅频特性曲线从 0dB下降到-3dB<0.707）时所对应的频率称为带宽频率ω0.707。

6、工作频率< 0 ~ωgi）

当给定测试系统的幅值误差为±1%，±2%，±5%，±10%时所对应的频率称为截止频率ωgi。这就是说当输入量的最高频率不超过截止频率ωgi时，幅值误差不会超过所给定的允许误差。因此0 ~ωgi称为工作频带，它给出了幅频特性平直段的范围。这一指标是测试系统常用的。

7.谐振频率ωr

当系统频率响应幅值最大时所对应的频率称为谐振频率ωr

三. 实验仪器和设备

1. 计算机

2. Proteus 7.5软件

四. 实验步骤及内容

1. 在Proteus中画出上图，R6<1）设置成电压为1V的直流。

2. 画一个ANALOGUE图形模块，将其Stop time<停止时间）设置成7m，观察L1<2）的阶跃响应输出。

3.

画一个FREQUENCY图形模块，将其Reference<参考点）设置成R6<1），No.Steps/Interval(步数>设置成100，Stop frequency<停止频率）设置成10K，观察L1<2）的频率响应输出。4.

将ANALOGUE图形模块和FREQUENCY图形模块最大化，读<算出）出阶跃响应的上升时